分子泵與鈦升華泵組合系統的應用特性
渦輪分子泵的單位體積抽速小,對不同種類氣體具有不同的壓縮比,因而對被抽氣體有一定的選擇性。但其在一定的壓力范圍內具有恒定的抽速,而鈦升華泵結構簡單,造價低,單位體積的抽速大,特別是對活性氣體的比抽速大。其缺點是對隋性氣體抽速小,單泵工作極限真空度低。因此由這些泵單獨組成的真空系統,都因受泵本身的缺點限制了極限真空度的提高和抽速的增加。經驗表明,采用兩種類型的真空泵組合成無油超高真空系統,有助于揚長避短,可有效地提高真空系統的真空度和抽速及降低設備的投資成本。
渦輪分子泵是一種高速運轉的機械真空獲得設備。它對各種氣體的壓縮比隨氣體的分子量而變化。根據理論研究和實際測量的結果,得出渦輪分子的壓縮比是轉速和氣體分子質量的關系。在速度和泵比幾何系數一定的情況下(由制造決定了的),壓縮比與氣體分子的質量有關。氣體分子的質量越大,它的壓縮比就越大,反之則小。利用這一特點,在真空系統內才能獲得無油清潔真空。而對一些輕質量氣體(如氫氣)就顯得壓縮比太小了。
根據渦輪分子泵的抽氣理論可知,質量越大的氣體其獲得的分壓力就低,反之質量越小的氣體,其分壓力就高。因此,渦輪分子泵抽氣的真空系統,其殘余氣體的主要成份是一些輕質氣體。實測結果主要是氫氣。同時超高真空系統中,材料放出的氣體組份也以氫較多。這就限制了系統極限真空度的提高,也將影響系統的清潔。氫易與其它氣體結合成一些氫的化合物而“污染”系統。由渦輪分子泵獲得的真空系統的殘余氣體成份百分比見表1。
表1 渦輪分子泵真空系統殘余氣體成分百分比
由表1 可知,由渦輪分子泵獲得的真空系統中殘余氣體氫占82%,而其余氣體的總和才占18%。因此單靠渦輪分子泵來排除一個系統的氣體時,所獲得的真空中氫分壓特別高。這降低了系統的極限真空度,限制了使用范圍。
在真空獲得設備中,鈦升華泵是一種結構簡單,造價低,使用方便,對活潑性氣體抽速大,工作范圍寬廣。從低真空直至超高真空可以連續工作的一種無油真空泵。由它獲得的真空環境是清潔無污染的。新鮮鈦膜對幾種活性氣體的比抽速和理論抽速見表1。
表1 新鮮鈦膜對氣體的比抽速
從表1 可知,每平方厘米新鮮鈦膜在20℃下對氫的實測抽速為每秒3 升多。而理論比抽速最大,達40 多升。選擇鈦升華泵對氫有大的抽速這一優點,可以彌補渦輪分子泵對氫的抽速小的缺點。從而提高系統的極限真空度,增加比抽速。使組合真空系統的抽速大,體積小,造價低廉。
除了渦輪分子泵和鈦升華泵各自的優缺點外。渦輪分子泵還由于機械結構與高速旋轉的原因,使得它要獲得大的抽速較為困難。而鈦升華泵造價低,而且易于實現大抽速。目前它的抽速在高真空或超高真空獲得設備中是較大的一種,而使用和維護都十分方便。只是由于排除惰性氣體性能差而限制了它單泵進入超高真空。考慮到空氣中的惰性氣體主要是以氬氣為主,可以用抽速小一點的分子泵來排除惰性氣體,以充分發揮鈦升華泵的大吸氣性能的優點。