用油擴散泵獲得超高真空的方法
油擴散泵是高真空系統(tǒng)經(jīng)常使用的泵種,采取某些技術(shù)措施,可以獲得超高真空,其方法有:
1、選用性能好的擴散泵油
泵油對油擴散泵極限壓力的影響很大。如使用3號擴散泵油,其極限壓力只能達(dá)到10^-5Pa;而改用275硅油,其極限壓力能達(dá)到10^-7Pa,極限壓力提高2個數(shù)量級。其次被抽氣體的分壓力也隨泵油的不同而變化,這就是泵油成分帶來的影響。為此用油擴散泵獲得超高真空,必須選擇性能好的擴散泵油。對擴散泵油的要求是:泵油的相對分子量要大,常溫下的蒸氣壓要低,熱穩(wěn)定性和抗氧化性要好,凝固點和低溫粘度要低,要無毒,耐腐蝕,成本要低。
現(xiàn)在高真空油擴散泵普遍采用3號擴散泵油,超高真空采用硅油,要求不含碳?xì)浠衔锏某哒婵障到y(tǒng),擴散泵采用氟油。
2、采用合理的烘烤技術(shù)
用油擴散泵獲得超高真空系統(tǒng)都要進(jìn)行高溫烘烤,目的是減少材料的出氣速率。材料在大氣下都能吸收和吸附一些氣體,當(dāng)處于真空中時,便產(chǎn)生解吸,使氣體緩慢地釋放出來,為了加速解吸,采用烘烤。
材料不同,選擇的烘烤溫度也不同。原則是溫度高一些好,可以加速出氣,但還要考慮到材料是否能經(jīng)受得住高溫。烘烤溫度要選擇合適。通常金屬材料,如不銹鋼,烘烤溫度為250℃—450C;非金屬材料烘烤溫度為80℃—100℃。烘烤時間4h—8h以上。極高真空的烘烤時間在24h以上。典型金屬油擴散泵系統(tǒng)(烘烤后)的性能和金屬油擴散泵超高真空系統(tǒng)中剩余氣體組分。
3、增加冷阱裝置,防止泵油返流和遷移
泵油通過泵的入口流到被抽容器的現(xiàn)象叫做返流。油分子沿著器壁移動進(jìn)入被抽容器的現(xiàn)象,叫做反遷移。無論返流,還是反遷移,都影響真空系統(tǒng)的極限壓力。冷阱廣泛用于超高真空系統(tǒng),它裝在泵入口和真空室之間,不僅能有效地捕集擴散泵的返流蒸氣及部分分裂解物,而且可抽除來自真空室的蒸氣。裝有各類阱的超高真空系統(tǒng)。經(jīng)過徹底的高溫烘烤去氣后,可獲得10^ - 8Pa~l0^-10Pa(或更高)的超高真空度。常用的冷阱是液氮冷阱,因為在液氮溫度下,泵油的蒸氣壓力大大低于超高真空度的要求。設(shè)計液氮冷阱必須保證通過阱的分子都會碰到冷面上,同時結(jié)構(gòu)要合理。裝上液氮冷阱后,油擴散泵的抽速降低不高于40%。
4、減少被抽氣體反擴散
被抽氣體反擴散是限制擴散泵獲得超高真空因素之一。氣體反擴散和分子質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量愈小,愈易反擴散。擴散泵抽氫易反擴散,防止氫反擴散方法有兩種:其一,降低擴散泵出口排氣壓力,采用兩個擴散泵串聯(lián)來實現(xiàn);其二,是在擴散泵進(jìn)氣口管路上安裝液氮冷卻的鈦升華阱來捕集反擴散的氫。