油擴(kuò)散泵系統(tǒng)是電鏡真空系統(tǒng)的核心部分。本文在分析該系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)之上，著重討論了系統(tǒng)的日常維護(hù)、泵油的選擇原則與更換清洗方法、典型故障分析與處理等主要方面的問題，同時提出了時擴(kuò)散泵系統(tǒng)的維護(hù)原則與使用建議，以方便電鏡及相關(guān)儀器工作者解決擴(kuò)散泵系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題。本文對于采用油擴(kuò)散泵的其他儀器系統(tǒng)也具有一定的參考價值。

　　真空獲得設(shè)備是電子顯微鏡真空系統(tǒng)的核心部分，對電鏡的使用性能影響極大。無論是鎢絲發(fā)射源的普通電鏡還是需要超高真空的場致發(fā)射電鏡，均廣泛采用機(jī)械泵—油擴(kuò)散泵形式的真空單元獲得高真空。由于機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵相對于其他真空部件，可靠性高、故障率低且故障現(xiàn)象隱蔽，其工作性能下降往往被當(dāng)作系統(tǒng)漏氣處理，因而常被忽視。真空技術(shù)網(wǎng)(http://bjjyhsfdc.com/)認(rèn)為對機(jī)械泵—油擴(kuò)散泵系統(tǒng)的典型故障及日常維護(hù)方面作一討論，具有一定的現(xiàn)實意義。

　　1、工作原理

　　1.1、機(jī)械泵

　　目前廣泛采用的機(jī)械泵為直聯(lián)或帶聯(lián)接油浸式旋片泵，原理如圖1所示。圓柱形轉(zhuǎn)子一端與泵體內(nèi)壁相切的方式偏心安裝，其旋片沿直徑方向由彈簧保持與泵體內(nèi)壁接觸。這樣，轉(zhuǎn)子、旋片與泵體及兩端缸蓋就聯(lián)合圍成三段空隙。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空隙1變大，向真空系統(tǒng)抽氣；空隙2不變；空隙3變小，同時壓縮空隙內(nèi)氣體，由排氣閥排出。當(dāng)空隙3轉(zhuǎn)過切線位置，變?yōu)榭障?，而空隙1變?yōu)榭障?，空隙2變?yōu)榭障?，如此往復(fù)，完成抽氣動作。

圖1 旋片泵工作原理

　　1.2、擴(kuò)散泵

　　油擴(kuò)散泵依靠高速分子動能與氣體擴(kuò)散的聯(lián)合作用抽真空，性能主要取決于泵體結(jié)構(gòu)、噴口形狀以及泵油的質(zhì)量，基本形式如圖2所示。泵底部的泵油受到外電爐加熱，在真空下形成上升油蒸氣流至各級導(dǎo)管頂端，被各級傘形噴嘴偏轉(zhuǎn)了幾乎180“，形成向下的高速、高密度油蒸氣流。油蒸氣流具有優(yōu)越的氣體分子運載能力，它們裹挾著氣體分子向泵出口方向運動。油擴(kuò)散泵一般設(shè)計為三級或四級噴口，下級噴口流量大于上級，這樣逐級接力將氣體分子排出，由前級泵抽走。當(dāng)油蒸氣碰到經(jīng)冷卻水冷卻的泵壁之后，重新凝結(jié)為液態(tài)油，流回泵底，重新加熱，開始新的循環(huán)。

圖2 油擴(kuò)散泵工作原理

　　1.3、擴(kuò)散泵系統(tǒng)

　　油擴(kuò)散泵工作時要求出口工作壓力至少低于40Pa，因此，必須與機(jī)械泵相連接構(gòu)成完整的擴(kuò)散泵系統(tǒng)才能正常工作，如圖3所示。為了隔離機(jī)械泵工作的震動、減少真空故障導(dǎo)致機(jī)械泵油倒灌等風(fēng)險，在擴(kuò)散泵與機(jī)械泵之間常加人一個數(shù)升至數(shù)十升不等的密閉鋼制低真空貯氣罐，暫時貯存擴(kuò)散泵排出的氣體；此時機(jī)械泵或由于拍攝而停止工作，或轉(zhuǎn)去暫時抽樣品室或鏡體其他部位的低真空。這一裝置對于單機(jī)械泵系統(tǒng)是必不可少的。

圖3 油擴(kuò)散泵系統(tǒng)