真空技术书籍,第二版

4.9.2 应用

产生清洁真空

涡轮分子泵适合于在 10-3 至 10-10 hPa 的范围内产生清洁真 空。得益于其高压缩比,它们使油封泵入口区域的油远离被 抽容器。具有不锈钢外壳和 CF 法兰的型号可烘烤。这使得 这些泵非常适合于要求实现超高真空的研发应用

涡轮分子泵可用于排空使用旋片泵作为前级泵的大型容器。 如果是涡轮拖动泵,两极隔膜泵就可以作为前级泵;然而, 由于其低抽速,它们将花费很长时间来抽空较大的容器。 该 泵组合的气体流量也将受到隔膜泵的极大限制。但是, 该组 是干式泵极具成本效益的解决方案。它通常用于差动排气质 谱仪及其他分析或研发应用。如果前级泵区域需要较高的抽 速, 我们建议使用 ACP 系列的多级罗茨泵,或者对于半导体 或太阳能行业的化学真空工艺,建议使用具有过程能力的前 级泵。

包括一个前级泵和一个涡轮分子泵的机组无需阀门。这两种 泵同时打开。只要前级泵已经达到必要的前级真空,涡轮分 子泵就很快加速到额定速度,并凭借其高抽速快速排空容 器,使压力 $p$ < 10-4 hPa。短时间的停电可通过转子的高转 速进行弥补。在停电时间较长的情况下,如果转速下降到最 低速度以下,泵体和容器可自动排气。

在排空容器中发挥作用的影响在第 2 章中进行了描述。泵大 小以及抽空时间的计算也在该章进行了描述。

排空预抽室

当在真空工艺中传送要处理的工件时,排空预抽室绝对需要 清洁搬运。如果这些工件从大气压条件下进入,该腔室必须 通过旁路管道进行预排空。运行的涡轮分子泵然后通过阀连 接前级泵和腔室。

分析应用

如今在很多情况下,将质谱仪用在分析仪中。液体通常在真 空系统的进气室被注入并蒸发。在几个阶段中,压力下降, 各个腔室通过孔彼此隔离。由于每个腔室必须被抽空,通过 前级泵与涡轮分子泵的巧妙组合,经涡轮分子泵上的分流结 构进行气体流量的分配。特别修改的、带有分流结构的涡轮 分子泵用于一系列应用。除第 4.9.3 节中描述的 SpitFlow 50 之外,可以提供客户特定的解决方案。

氦气检漏仪也配备了涡轮分子泵。在这种情况下,经常使用 逆流原理( 见第 7.2.1 节); 即:质谱仪位于泵的高真空侧。 由于涡轮分子泵对氦压缩比低于氮或氧, 该泵担当氦选择性 过滤器的作用。

在真空工艺中具有高气体负荷的泵

涡轮分子泵在抽吸真空工艺的高气体负荷时,提供两大优 势。 它在每个工艺步骤开始时产生清洁真空,然后可以在无 任何有害回流的情况下抽空工艺气体。在第二个步骤中, 其 主要目的是保持真空过程应该运行所需的一定压力。 在该过 程中,气体流量和工作压力将由所涉及的应用来决定; 即: 将在一定的气体流量下抽吸一定的体积流量。而且, 在改变 工件时应该可以快速实现清洁中间真空。由于这些是相互矛 盾的要求,必须选择适用于所需气体流量、有足够尺寸的涡 轮分子泵和所需的中间真空。将通过入口阀(如蝶阀)来调 节过程压力。如何选择这种类型泵的例子如第 2 章所示。 技 术数据中规定的最大允许气体负荷应理解为允许的连续负 荷。这适用于根据规格保证足够冷却以及因此前级压力被调 节到最大临界前级压力以下。

抽吸腐蚀性和磨蚀性物质

在抽吸腐蚀性气体时,必须采取措施保护电机/轴承区域和转 子, 特别是防止它们受到腐蚀。要实现这一点,与腐蚀性气 体接触的所有表面要么有涂层,要么由能够经受这些气体侵 蚀的材料制成。允许规定的惰性气体流通过特殊的密封气体 阀进入前级真空的电机/轴承区域。气体从这里流经迷宫密封 进入前级真空区域,与腐蚀性气体混合,并通过前级泵与腐 蚀性气体一起被抽出。如果泵具有钟形转子(如 ATH M 系 列), Holweck 级内的密封气体也可充当对流冷却气体,并 通过降低温度增加可使用的时间。即使在非腐蚀性但含尘的 过程中,密封气体也能有效地保护轴承和电机区域。

涡轮转子叶片应该会积累灰尘;这可能需要维修和更换转 子。 还应注意,预计沉积物可以在泵内形成,这将缩短维修 间隔。 尤其是,必须确保泵内的沉积物不与带水分的腐蚀性 物质发生反应。 因此,应该只用干燥惰性气体对泵进行排 气,而且在需要维修时, 泵应该装有密封的前级真空和高真 空法兰。 适用于这些应用的涡轮分子泵要么是无 Holweck 级 的经典涡轮分子泵,要么是有 Holweck 级的涡轮分子泵, 后 者将是临界前级压力和粒子耐受性之间的一个折中方案。 通 过增大 Holweck 级中转子与定子之间的间隙,可减少 Hol- weck 级中灰尘沉积导致的转子堵塞。例如,在 ATH M 系列 涡轮分子泵中,在具有粒子含量的溅射应用中经过长期操作 后,在靠近前级真空法兰的收集槽中主要发现的是非粘附灰 尘。 Holweck 级仍然是清洁的,且泵保持运行。