本文敘述了蓋得的發(fā)明專利， 從初期的汞擴(kuò)散泵到分餾油擴(kuò)散泵的演變過程。討論了泵體結(jié)構(gòu)、噴咀型式、泵油性能和幾個關(guān)鍵技術(shù)問題。現(xiàn)代油擴(kuò)散泵的何氏系數(shù)達(dá)0.65 以上， 返油率達(dá)10^{- 5} mg/cm²·min，1 kW 功率抽氣量可達(dá)200 PaL/s 。最后對泵的性能、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用前景作了展望。

　　古人云：溫故而知新。繼承、創(chuàng)新才能發(fā)展。因而回顧擴(kuò)散泵近一個世紀(jì)的發(fā)展過程， 對其改進(jìn)和發(fā)展是有重要意義的。尊重歷史沿革， 單位制沒作統(tǒng)一， 請見諒。

　　在低于10^{- 2} Torr 的壓力區(qū)域， 對現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)研究是非常重要的。高真空在活性金屬和難熔金屬的熔化和精煉， 塑料的裝飾鍍膜等許多方面得到廣泛的應(yīng)用。為了獲得所需要的高真空而且應(yīng)用最廣的抽氣設(shè)備是擴(kuò)散泵。擴(kuò)散泵借助定向的高速蒸汽流抽氣， 可獲得10^{- 2}~10^{- 11} Torr 或更低的壓力。( 在10^{- 9} Torr 以下通常使用障板和冷阱) 。擴(kuò)散泵是高真空和超高真空獲得設(shè)備。擴(kuò)散泵與低溫泵聯(lián)合工作， 可獲得10^{- 14} Torr 的真空度。

1、擴(kuò)散泵的發(fā)展過程與結(jié)構(gòu)改進(jìn)

　　蓋得于1913 年9 月25 日， 在德國申請了一項專利。用水銀蒸汽流來產(chǎn)生高真空的裝置。他指出：高真空是通過擴(kuò)散作用而得到的。因而， 這種泵就以擴(kuò)散泵而聞名。據(jù)前蘇聯(lián)文獻(xiàn)報道：1912 年俄羅斯學(xué)者巴洛維克在彼得堡物理研究所首先提出這種泵， 而且在1913 年俄羅斯學(xué)者巴甫洛夫， 用這種泵進(jìn)行過氣體分子碰撞方面的研究工作。對于誰先發(fā)明的擴(kuò)散泵這類知識產(chǎn)權(quán)的問題， 我們不必深究， 因為已經(jīng)過去快一個世紀(jì)了， 雖然在工作原理上沒什么變化， 但和原來蓋得泵相比結(jié)構(gòu)上完全不同了。今天的現(xiàn)代擴(kuò)散泵是經(jīng)過幾代人的不斷研究， 改進(jìn)和創(chuàng)新的成果。但我們不能忘記蓋得對擴(kuò)散泵所作的貢獻(xiàn)。

　　蓋德型擴(kuò)散泵是以水銀作為工作介質(zhì)， 以煤氣加熱產(chǎn)生水銀蒸汽流來抽氣的。真空技術(shù)網(wǎng)(http://bjjyhsfdc.com/)分析其抽氣原理及結(jié)構(gòu)如圖1 所示。泵體及噴咀結(jié)構(gòu)大部分由玻璃制成。這種泵抽速低， 水銀蒸汽的溫度要精確控制。

　　1916 年I. Langmuir 發(fā)明了凝結(jié)泵， 它改進(jìn)了蓋德泵的缺點。

　　這種凝結(jié)泵如圖2 所示。該泵噴咀所形成的蒸汽流方向與被抽氣體分子擴(kuò)散的方向是一致的。蒸汽被良好的冷凝在泵壁上， 提高了泵的抽速，對電加熱功率波動不敏感無需精確控制溫度。

(a) 利用擴(kuò)散原理抽真空　(b) 蓋德型擴(kuò)散泵

圖1 蓋德擴(kuò)散泵的原理與結(jié)構(gòu)

　　1917 年Crawford 對蒸汽流的速度作了改進(jìn)，利用了漸擴(kuò)噴咀，不用水冷卻如圖3 所示。

圖2 朗繆爾冷凝泵　圖3 Crawford 蒸汽噴射泵

　　1923 年蓋德發(fā)明了三級水銀擴(kuò)散泵， 抽速達(dá)到15 L/s。1927 年日本東芝公司引進(jìn)蓋得三級擴(kuò)散泵。

　　1928 年C. R. Burch 在擴(kuò)散泵上開始使用油作工作介質(zhì)。

　　1932 年何增祿先生提出何氏系數(shù)Ho 的概念以評價擴(kuò)散泵的抽氣效率， 并進(jìn)行了多噴咀(19個噴咀) 的抽氣試驗。圖4 為三級臥式玻璃油擴(kuò)散泵。

　　1935 年由K.C.D.Hickman 發(fā)明了分餾式油擴(kuò)散泵的專利。分餾式油擴(kuò)散泵如圖5 及圖6所示。

　　工業(yè)上應(yīng)用的分餾式三級金屬油擴(kuò)散泵如圖7 所示。

圖4 三級臥式玻璃油擴(kuò)散泵； 　圖5 分餾式三級金屬油擴(kuò)散泵(Hicman型) ； 　圖6 多級分餾式金屬油擴(kuò)散泵(Hicman型)

(a) 泵剖面圖　　(b) 油分餾路線圖

　　如圖7 所示：沿泵壁回流至油鍋的泵油先經(jīng)過外分餾環(huán)1， 輕餾分蒸發(fā)供給第三級噴咀；當(dāng)泵油進(jìn)入到分餾環(huán)2 時蒸發(fā)的次輕餾分的蒸汽供應(yīng)第二級噴咀， 最后重餾分進(jìn)入中心分餾區(qū)3 后蒸發(fā)供給一級噴咀， 分餾可以提高泵的極限真空度。

　　用擴(kuò)散泵獲得高真空， 單級噴咀是不行的， 一般小泵為2~3 級， 大泵則為4~5 級， 甚至更多。

　　各級噴咀串聯(lián)工作的性能如圖8、9 所示。從圖8 和圖9 可以得出如下結(jié)論：入口壓力在5 ×10^{- 5}< P < 5 ×10^{- 3} Torr 時多級泵的抽速S 是根據(jù)高真空噴咀的尺寸來確定的；在5×10^{- 3} 和< 5×10^{- 2} Torr 中間(或10^{- 1} Torr)，多級泵的抽速大于每個單噴咀的抽速S； 入口壓力在5×10^{- 2} (或10^{- 1} Torr)< P< 5×10^{- 1} Torr 范圍內(nèi)時，多級泵的抽速，是根據(jù)前級真空噴咀尺寸來決定的。

圖7 三級分餾式油擴(kuò)散泵結(jié)構(gòu)圖

　　由于篇幅所限， 其他各國的擴(kuò)散泵的性能和結(jié)構(gòu)特點，此處從略。

　　近年來， 世界各國對擴(kuò)散泵抽氣性能和抽氣理論， 結(jié)構(gòu)和操作等方面的研究工作一直沒有終斷， 如意大利學(xué)者Toth 博士對擴(kuò)散泵外型對抽速的影響， 利用動力學(xué)理論模型對直筒泵、凸腔泵進(jìn)行了分析， 又如近年來韓國學(xué)者利用蒙特卡羅直接模擬法， 對擴(kuò)散泵內(nèi)的流場進(jìn)行模擬計算和分析。人們對快速加熱和局面速冷卻擴(kuò)散泵進(jìn)行了研究提出鍋爐快速冷卻到150℃， 即可放入大氣， 使功率大為降低。又如1987 年對擴(kuò)散擴(kuò)散泵噴咀的蒸汽密度和速度分布的計算。認(rèn)為噴射為非粘滯的超音速噴射等。

　　擴(kuò)散泵的發(fā)明專利也很多， 這方面俄羅斯的專利(SU) 很多。有感興趣者不妨查查。對研究工作是有益的。

　　由于資料收集和個人水平所很， 難免有不當(dāng)之外， 懇請讀者指正。