培训系列之3：干式真空泵原理与技术基础.ppt

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1、干式真空泵原理与技术基础,主讲人：巴德纯,真空技术,一.真空技术概况（巴德纯）二.真空工程理论基础（孙丽娜）三.干式真空泵原理与技术基础（巴德纯）四.真空系统组成与设计基础（岳向吉）五.真空获得设备原理与技术基础（张以忱）六.真空测量技术基础（刘玉岱）七.真空镀膜技术基础（张以忱）八.质谱原理与真空检漏（刘玉岱）九.真空冶金技术基础（王晓冬）十.真空与低温技术及设备（徐成海）,东北大学第九期,培训系列之,1.真空获得设备的概况目前真空系统中存在的问题现代工业对真空获得的要求国外干式真空泵的发展状况干式真空泵的性能与特点2.干式真空泵的现状往复式干泵爪型干泵涡旋干泵多级罗茨式干泵螺杆式干泵涡轮式

2、干泵分子泵高真空直排大气干泵3.干式泵今后的发展真空行业的产品更新换代势在必行老产品的性能经过不断改善后仍能占据一定的市场份额,1 真空获得设备概况,干式真空泵发展与挑战,1.1 问题的提出,多年来工业上应用的高真空系统，常以油扩散泵为主泵、油封机械泵为前级泵组成通用型高真空系统，即所谓湿式真空系统。对这种系统的真空泵，明确指出它不适于抽除含O2过高的、有爆炸性的、有腐蚀性的、对泵油起化学反应的以及会有颗粒尘埃的气体。为什么对被抽气体有这些限制呢？就是因为泵内有油造成的。,1.2 现代工业对真空获得的要求,半导体技术的迅速发展,过去工艺都以“微米”做单位，微米(m)是纳米(nm)的1000倍。

3、我们常以工艺线宽来代表更先进的半导体技术，如0.25微米、0.18微米、0.13微米，0.13微米以下的更先进工艺则进入了纳米领域。随着IC（集成电路）制造工艺的飞速发展，90nm乃至65nm的技术节点，已经在半导体工厂实现。45nm和32nm的技术节点已成为近两年人们谈论的焦点。这对制备工艺的真空条件清洁度要求更高。,随着晶圆尺寸的逐渐增大，建一座半导体工厂的投资巨大，动辄几亿美金到几十亿美金。2007年3月26日，Intel总裁 Paul S.Otellini宣布投资25亿美元在大连建12英寸晶圆生产线。2006年全球晶圆代工业又创新高，营收达到了214亿美元。半导体设备销售额达到404.

4、74亿美元。,半导体工业发展刺激干泵的发展,半导体工业需要清洁的环境,半导体工厂布局,生产车间中的真空获得设备,生产设备需要清洁真空,1.3国外干式真空泵的发展状况,国外干泵市场的不断增长，其主要驱动来自于半导体行业、化学工业、薄膜产业的迅速发展。1984年日本半导体工业发展迅速，急需大量的干泵，开始研制出了一种适于半导体工业应用的干式真空泵。它是将罗茨转子多级串联组成的多级干式泵。德国、英国、法国和美国等真空企业也相继出现了各具特点的这种干式真空泵，有的还用电脑控制，满足了半导体和化学工业发展的需要。,在日本，半导体行业已全部用干式真空泵代替油封式机械泵，欧美半导体行业45%以上用干式真空泵

5、代替了油封式机械泵，大大提高了产品的性能和质量。为了满足不同应用领域和不同工况的要求，国外有多级罗茨真空泵、多级爪式真空泵、螺杆式真空泵、涡旋式真空泵、往复式活塞真空泵以及涡轮式无油真空泵等。极限压力从1010-2Pa，抽速从20500 m3/h。,据统计，目前国产干泵的应用还不足1%，国内半导体工业用的干泵全部从国外进口，其价格十分昂贵，所以，我国应大力研究开发干泵，使干泵成为我国真空工业新的经济增长点。,1.4干式真空泵的性能与特点,2.干式真空泵的现状,各种干式真空泵介绍与应用,干式泵在各类真空泵的市场份额中占23，年增长率13.5。干式泵的主要应用领域有半导体、化工、薄膜、仪器、医药、

6、食品等。干式泵在几个主要应用领域中所占的比例还不大，约占15左右，例如：半导体：13.7（日本100用干泵，欧美45用干泵）化工：15（代替其它泵）镀膜：15（代替其它泵）仪器：12（代替其它泵）,2.1 往复式干泵,美国Varian公司生产有DVP系列3级无油真空泵。VRC的双级干式真空泵，极限压力2.679.33 101Pa(双缸并联抽速280 L/min；极限压力9.33101；双缸串联抽速140 L/min极限压力2.67Pa),抽速曲线举例,功率曲线举例,可用于抽除：He,H2,Ar和N2所有气体，它可作涡轮分子泵、低温泵的粗抽泵和前级泵用。这种泵类似于汽车发动机的机构原理。最高压缩

7、比可达到105。用空气冷却。活塞及气缸壁上涂以减磨涂料，降低功率消耗。,2.2 爪型干泵,德国莱宝公司生产一种四级全是爪型转子的多级干式泵。这种泵的 抽速100 m3/h（28 L/s）；极限压强810-1 Pa 噪音68 dB(A)；马达3 kw；转速3000 rpm；泵重180 Kg。这种泵设有控制单元。为了提高抽速和极限真空，泵入口可串联一级罗茨泵。,英国爱德华公司生产一种利用罗茨转子与爪型转子组合的一种干式泵。它利用了在低压下罗茨泵抽气比较有效，在较高压强下爪式泵抽气比较有效的特点，将这两种泵各自的优势匹配起来组成的干式泵，其结果性能比较优良。,罗茨+爪式型真空泵与纯爪式真空泵抽气速率

8、的比较,罗茨+爪式型真空泵与罗茨真空泵压缩比的比较,英国和德国产的这两种泵性能有些不同。英国泵在20 Pa时有最大抽速，而德国泵在300 Pa时才有最大抽速。这种泵价格虽贵，但附件齐全。我国北京、上海一些工厂也生产过四级爪型泵。也有单级和双级的产品。,这种爪型泵泵温较高适于半导体工艺。德国的四级泵第24级都有单独掺气口各设气体流量计，分别按需控制各级的流量，节约惰性气体。,2.3 涡旋干泵,它可以代替油封机械泵实现无油清洁真空。一般多用在分析仪器、PVD系统、检漏仪系统、涡轮分子泵和离子泵的预抽泵或前级泵。,这种泵采用双腔式的，动作非常平稳，结构简单，振动、噪音很低。吸气、压缩和排气能连续均匀

9、地进行，驱动力矩变化小，维修也方便，泵体、转子多为铝合金制造，其表面涂以耐蚀性材料。,但这种泵作成大型泵较少，一般抽速在410 L/s左右。,涡旋泵抽气过程,日本生产的泵用双腔并联的单头的涡旋体抽气，而美国Varian生产的泵为双腔串联式三头涡旋体，一个腔用于抽气，另一个腔用于压缩。,这种泵可从大气抽到1.33Pa，能自动进行气镇和轴承的气体净化。,美国Varian生产这种泵是由涡旋压缩机引入真空泵的，目前出现不少专利产品。日本岩田公司生产有ISP，VSL,DVSL系列产品，抽速48 L/s，转速1460 rpm,噪音5660 dB(A)。,Varian 无油涡旋真空泵 SC 系列抽气特性,如

10、能很好解决转子的涡旋型线的加工精度和端面的密封等关键技术问题，这种小型干式泵还是有应用前景的。,我国已有这方面的专利。国内已将这种干泵试制成功，但尚未有产品见于市场。,涡旋泵应用举例,扫描电子显微镜,2.4多级罗茨式干泵,这种泵中、大型居多，化学工业，半导体工业应用较多，它可以在恶劣的条件下进行抽空作业。,由于罗茨泵转子的压缩比较低，所以这种干式泵必须要多级串联（一般56级），才能将0.11Pa的气体压缩到大气压排除泵外。在高压段压缩气体时，产生的热量比较多，故多采用气体冷却方式散热，故称这种泵为气冷式多级罗茨泵。,为了阻止返流的冷却气体返回到泵的入口，故多用三叶的或大头型双叶的罗茨泵转子。这

11、种气冷泵的排气有经泵体水套冷却的，也有经过外设管道经冷却器冷却的。,这种泵可长时间运行，振动小，噪音7893dB(A)，稍高于滑阀泵的指标。但运动件耐磨损，寿命长，可抽除有腐蚀性和有毒性的气体。在半导体工艺过程中，要排除腐蚀性气体，铝合金的泵体可进行阳极氧化处理以增强泵的耐蚀性。,日本生产一种PDR-090B型的多级罗茨式干泵，不设气体冷却器，将泵体由铸铁改成导热率高的铝合金制造，压缩热由泵体整体表面散出。这种泵的被抽气体不会被凝华，而呈气态通过泵腔排出，避免了出现凝华物堵塞间隙的问题，而泵可以正常工作。,美国Stokes公司生产的化工用罗茨泵是一种较大型的干泵，抽速由36 L/s到360 L

12、/s，在入口处还可串以罗茨增压泵，抽气能力可达24000 L/s。这种化工型的干泵在10105 Pa范围内工作。可用于真空蒸馏、食品工业、制药工业和化工工业等。还可用于抽除30余种化工产品。,法国Alcaltel公司生产的多级罗茨泵可直排大气。-氮气吹洗工艺；-平均维护期为2-4年。-高抽速，极低真空度，符合包括300mm晶圆制备技术等新一代生产的要求。-配手持遥控的先进自动操控功能（包括温度，N2流量等）。,-泵内温度顺增的设计可消除冷凝点。-完整内层，降低了污染物的积聚。-阿尔卡特提供特别的内层大通道可令泵启动后有排置尘粒的功效。-费用低廉，精简的后备管理而达高真空之效，适用于各类半导体生

13、产工序如清洁工艺过程、蚀刻、CVD及FPD等。,2.5 螺杆式干泵,这种泵有螺杆式、螺旋式和复合式三种结构型式。,a 吸气过程即将开始 b 吸气过程中 c 吸气过程结束,螺杆泵的吸气过程 所参照的一对齿用箭头标出。在图中，阳转子按逆时针方向旋转，图中的转子端面是吸气端面。,a 压缩开始 b 压缩过程中 c 压缩结束排气开始,螺杆泵的压缩过程 图中的转子端面是排气端面。在这里，阳转子沿顺时针方向旋转，阴转子沿逆时针方向旋转。,a 排气过程中 b 排气过程结束,螺杆泵的排气过程 齿间容积与排气孔口连通后，即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出,美国Stok

14、es公司生产SDS系列螺杆式干泵。它可作为低中真空泵应用，粗抽时抽气量较大。它可在粘性流状态下工作。,其极限压力可达到0.11 Pa。为了增大压缩比，减少泄漏量，要求转子加工精度较高。,螺杆泵工作温度较高，可在恶劣的抽气条件下工作。它可用于真空蒸馏、蒸发、干燥、冷冻干燥、溶剂还原、消毒、半导体工业、塑料工业真空涂层、真空铸造、真空冶金、真空热处理、化学试剂的生产用，是一种目前用途较多的泵体。,2.6 涡轮式干泵,它是一种动量传输式干式泵。日本三菱公司生产有DT系列产品，日立公司生产有复合式的干泵，均可从大气压开始工作，极限压力10-410-2 Pa。转速36000 rpm，抽速20 L/s，重

15、140 kg，6 kw。最近几年在JVST上报导台湾研制一种涡轮式增压泵，出口压力可达到4000 Pa，用磁悬浮轴承，可以获得清洁的真空。,2.7 分子泵,分子泵自1912年诞生以来，至今已快近一个世纪了。它在初期进展较缓慢，在1970年以前,分子泵的应用还仅限于核物理、电真空、表面科学等领域。但近20年来由于半导体产业的兴起和薄膜工业的发展，分子泵才被人们所重视,并得到了兴旺和发达，现代的分子泵已发展到实用和普及的阶段。,2.7.1 分子泵的特点,涡轮分子泵是靠高速转动的转子携带气体分子获得超高真空的一种真空泵 其极限压力可达109 Pa抽速系列从5040000L/s振动小转速可高达8000

16、0转/min结构精密,分子泵、涡轮分子泵、磁悬浮轴承和气体静压轴承式涡轮分子泵、复合式分子泵、低温型涡轮分子泵、新型牵引分子泵、陶瓷涡轮分子泵，抽反应生成物的涡轮分子泵和极高真空涡轮分子泵,2.7.2 分子泵分类,涡轮分子泵牵引分子泵 盘型分子泵 螺旋矩形牵引分子泵复合分子泵,2.7.3 涡轮分子泵,涡轮分子泵的基本结构有两种,一种是卧式的,另一种是立式的。现在出现一种宽域型的涡轮分子泵，有标准型和化学型两种。标准型泵可用于10-7200Pa的压力范围，流量之大可与低真空范围的机械增压泵相媲美。采用气体清洗措施来保护轴承，还设有防灰尘和玻璃碎片侵入的措施。化学型泵可适于对腐蚀性气体的连续稳定地

17、排气，因转子上涂以耐腐蚀性涂层，轴承采用气体清洗措施。排出腐蚀性气体时，应采取气体清洗措施。磁力轴承用N2来清洗，以防腐蚀性气体侵入。,可获得清洁的高真空和超高真空环境。应用领域：它广泛应用于表面分析、加速器技术、等离子体技术、电真空器件的制造及真空技术的各个领域。,美国VARIAN公司的涡轮分子泵,2.7.4牵引分子泵（1）螺旋矩形牵引分子泵,（2）盘型牵引分子泵,2.7.5 复合式分子泵,1980年以前，涡轮分子泵多用于科研部门，当半导体产业出现后，要求分子泵能连续地大量排气和获得清洁的真空,经常需要涡轮分子泵在1Pa以上工作。但涡轮分子泵恰好在这个压力范围内抽速下降很多。为了使泵能在高压

18、区域保持有较高的抽气性能，在原有的涡轮分子泵的高压侧配置了螺旋槽式的牵引分子泵，将两种泵的抽气单元串联组成一个整体，形成了一种宽域型的复合式分子泵。,涡轮螺旋矩形复合分子泵,涡轮盘型槽复合分子泵,2.7.6 陶瓷分子泵,一般的涡轮分子泵的转子多用高强度的铝合金材料制造。但在核聚变实验、加速器等领域内，要求泵能在强磁场的条件下应用。在半导体产业中，为防止气态的反应生成物在泵内相变为固体颗粒物，而要求泵温较高，对砷化镓等强腐蚀性气体的抽除，要求泵应有耐腐蚀的性能。这样一来，再使用原来的金属材料制造分子泵的转子就会遇到很多困难。在这些恶劣的工作环境下最好的材料是使用陶瓷制造分子泵。,因为陶瓷材料具有

19、良好的电绝缘性、耐磁性、耐热性，低的热膨胀性及耐腐蚀性等优点，但它也有些缺点，如脆性、强度的可靠性、加工焊接的特殊性及价格高等。现用于制作回转体的材料有高强度的氮化硅(Si3N4)。,2.7.7 低温型涡轮分子泵,为了有效的抽除水分子，开发了一种低温型的涡轮分子泵。在涡轮分子泵的入口处安设一个温度为-150的低温捕集器。这样一来，涡轮分子泵对水分子的抽速有很大的提高。一般高真空排气的主要对象是水分子。抽气时间的长短主要取决于泵对水分子的抽气能力。由于涡轮分子泵的用途很广,提高泵对水分子的抽气能力是非常有意义的。众所周知，对水分子抽速最大的是低温泵。如用泵入口尺寸相同的两种泵,涡轮分子泵对水分子

20、的抽速为750 L/s，而低温泵对水分子的抽速则高达4000 L/s。,2.7.8 可抽除反应生成物的涡轮分子泵,在半导体制造装置上使用的涡轮分子泵，常会遇到恶劣的工作环境。如刻蚀技术，刻蚀气体BCl3与刻蚀对象Al相互作用，生成AlCl3气体。该气体经过泵腔压缩，如遇降温就会固化沉积存于泵腔内，则会影响泵的正常运转。所以要求泵的压力低、温度高，泵温控制在为7075时排除AlCl3。这种可抽除反应生成物的分子泵，在这种泵上设有铠装加热器、带状加热器、水冷却套管、温度传感器等，以便精确控温。为了避免反应生成物在泵腔内固化，除提高泵温之外还可以向泵腔内通以N2气，以降低反应生成物的分压，这样做也可

21、以防止反应生成物在泵内固化。,2.7.9 各种先进技术在分子泵中的应用（1）磁悬浮轴承在分子泵上的应用,一些半导体制造和表面科学研究都要求清洁的高真空,但涡轮分子泵用油来润滑轴承，油蒸汽的返流以及滚珠轴承引起的振动,对涡轮分子泵性能的影响是不能忽视的。为了解决上述问题，现在使用完全无接触的磁悬浮轴承于涡轮分子泵中。,主要技术特点：1、全无油的真空泵，可用来产生洁净的超高真空。2、低噪音，低震动。3、高运行可靠性。无轴承磨损，无需维护。4、装有自动保护装置，以保证在突然断电时，轴承不会损坏。,（2）陶瓷轴承应用于分子泵,涡轮分子泵采用精密陶瓷轴承支撑，陶瓷轴承的球体是采用一种特殊的复合材料，它较

22、普通的金属球体质量小，所以旋转中离心力小、摩擦生热少、磨损小，一般说来，陶瓷轴承的使用寿命是普通轴承的两倍以上。转子经过精密动平衡，运转可靠、振动小,2.7.10 分子泵真空机组,技术指标：抽速：N2 60 L/s 极限压强：10-6Pa 分子泵启动时间：1.5 min,莱宝PT70-Compact 系列分子泵机组,Varian TASK涡轮分子泵涡旋泵机组,FJ110分子泵机组,技术指标：抽气速率：110 L/s 压缩比：N2 108 H2 5102 极限压强：610-6Pa应用领域：表面分析，加速器，半导体设备，等离子技术，电真空器件制造及真空技术等领域,2.8 高真空直排大气干泵,一般说

23、来，为了获得清洁高真空，需要串联多台工作在不同压力区域的真空泵构成机组，来完成抽气任务。典型的高真空机组，通常用高真空泵串接干泵来组成，高真空泵如分子泵、低温泵等，前级泵如爪型泵、罗茨干泵、涡旋泵、螺杆泵、活塞泵、膜片泵等。,采用高真空机组，不仅需考虑各种真空泵的工作压力范围，而且系统中的真空泵、连接管道、阀门、真空计等辅助元件以及它们的控制单元使得这套系统成本很高。典型的高真空系统至少额外需要三个阀门和一个旁通管路。在半导体工厂中，前级真空泵一般都安装在生产车间的下一层，使得前级泵的抽速损耗加大很多，因此必须选用昂贵的、性能好的泵。此外，在现代工业中的一些真空应用场合，如太阳能电池制备、半导

24、体器件制备、小型精密实验设备等，由真空泵机组带来的占用空间庞大、维护麻烦、抽气效率损失等问题，影响了工艺的进行。,为了降低半导体设备中真空系统的成本、实现高真空获得设备的清洁化、简单化和微型化，人们一直在寻求能达到高真空，并且可以直排大气的真空泵。近几年，国外已经出现了一些高真空直排大气的干泵，并开发出商业化的产品，已经应用于实际生产中。本文以其中具有代表性的英国BOC Edwards公司的EPX干泵和德国Pfeiffer公司的OnTool干泵,1 EPX干泵,英国BOC Edwards公司的EPX干泵，是IPX的第二代产品。两者都可以实现从高真空到大气的全部抽气过程。EPX干泵利用分子牵引、

25、流体动力学和内流动机理，采用创新的旋涡级结构，实现了高真空泵的直排大气，可适合与中等程度的半导体工艺。EPX500L型干泵抽速为500m3/h，极限真空可达到10-4Pa，压缩比可达109，噪声仅58dB。,EPX干泵内部分为三级：螺旋级、牵引分子级和旋涡级。,靠近气体入口处的单轴大螺旋结构为第一级，主要是完成大排量的吸气传输过程，压缩比很小。,牵引分子级（Holweck级）,定子,转子,第二级为Holweck级，即牵引分子泵的工作原理。它由一个内外具有平行的螺旋槽的圆筒定子和一个简单圆筒的转子配合组成。由于EPX干泵采用双层的内外定子与转子套装的方法，由于惯性作用，使得气体分子沿高速旋转的转

26、子面的爬行路线得到了延长，而且螺旋槽长度不足一圈，压力在每个轨道中分配均匀，轨道间不容易发生渗漏，从而得到了较大的压缩比和抽速，并有效减少了气体返流量，其实际抽速与理论抽速相差不超过百分之五。,直排大气的旋涡级,第三级为旋涡级，也叫再生级，转子和定子分别由一系列的同心圆组成。转子盘的同心圆周上排列了很多与与轴向垂直的小叶片，定子盘则与之配合的排列了一系列的同心凹槽。当转子盘高速旋转的时候，叶片在凹槽中高速旋转、对其中的气体产生巨大的搅动作用，产生一系列的旋涡，通过对叶片、凹槽等尺寸的有效设计，使气体通过环形定子沿着螺旋线爬行，从而带动气体沿转子盘转动方向流动。入口和出口被小部分底部较高的管道分

27、开，这些管道底部高于其他部分，从而使得入口和出口间单向截止，完成了气体从入口到出口的单向流动。由于干泵存在间隙，故而存在小部分气体沿间隙泄漏。,主要结构,EPX干泵的主要部件是一个高速旋转的转子盘和一个定子盘，采用立式结构。图中列出了EPX干泵内部的三级抽气泵、吸排气口、内电机结构、上下轴承、水冷却、油润滑等。对于泵的结构，可运用计算流体力学（CFD）方法，对泵的参数进行设计，包括抽速、功率、温度分布、压力、公差和润滑等，并结合经验作优化。,OnTool干泵,德国Pfeiffer公司的OnTool干泵，可实现高真空直排大气。,OnTool干泵主要由两级组成：Holweck级和侧槽旋涡级。,第一

28、级由Holweck级组成，采用牵引分子泵的原理完成了高真空侧的气体传输和压力提升。当气体分子撞击一个高速运转的表面时，它会获得一个与该表面运动方向相同的速度。转子的运动使气体分子加速，转子与定子之间形成的有限的空间又限制了分子的运动，气体分子在这两种因素的作用下沿线圈方向被压缩。为了防止气体分子的反流，转子与定子之间的尺寸应小于气体分子的平均自由程。由于这一原因，Holweck级在分子流范围内有一个最佳工作点。,第二级由多个侧槽旋涡级组成，由多个圆周上布满轴向叶片的叶轮组成。由于侧槽的设计和叶轮的旋转，气体分子形成了一个沿叶轮旋转方向的涡流。侧槽泵的工作状态是可变的。高速运转的叶轮通过动量传输

29、作用将能量施加给气体分子。由于这种涡流式的运动，气体分子在到达排气口前会不断地碰撞叶轮。与叶轮的多次碰撞使能量传输到气体中，从而使气体得以压缩。侧槽级的压缩比比一般的动量传输式泵要高。为了使侧槽级工作在最佳的状态，被抽气体应为粘滞流态，也就是说槽的尺寸应比气体分子的平均自由程大。侧槽泵也可工作在大气压下。,1侧槽级；2侧槽；3气体旋涡流；4叶轮；1-side channel stage,2-side channel,3-gas flow(vortex),4-paddle-wheel,5轴；6搅拌桨；5-shaft,6-paddle,7吸排气口之间的单向截止阀；8吸/排气口。7-disconne

30、ction in side channelbetween inlet and outlet,8-inlet/outlet.,OnTool干泵采用卧式结构，在同一根轴串联了Holweck级转子、侧槽旋涡级转子和内电机转子，转速可达每分钟60,000转。抽速可达130m3/h。冷却采用水冷，对于抽速为84m3/h的OnTool干泵，冷却水入口温度18C，水流量达150 l/h。OnTool干泵的运转时噪声低于60dB。,OnTool干泵成功用于OTB太阳能公司的DEPx太阳能电池镀膜系统中，使得其真空系统的安装变得容易了很多。一台泵和一个阀门就可以替代原来的涡轮分子泵泵、前级泵、三个阀门以及大量的

31、真空系统安装过程中的零部件。同时也可以降低控制软件和系统线路的复杂性。另外，由于机器零部件的减少，降低了系统的非运转时间，使系统可以长时间连续工作。,高真空直排大气干泵,目前出现的高真空直排大气干泵，无论是EPX干泵还是OnTool干泵，都基于Holweck级即牵引分子泵的原理，在Holweck级提高抽速和压缩比的基础上，在排气侧串接上能够高速搅动气体、产生螺旋爬行上升的气体流动，并在吸排气口之间加入单向截止阀，从而实现直排大气。,高真空直排大气干泵,目前出现的高真空直排大气干泵均具有高达每分钟几万转的转速，结构紧凑，尺寸小，在良好的动平衡基础上，可实现很低的噪声。由于高速旋转引起旋涡扰动，泵

32、的发热量很大，需要良好的水冷。从抽气曲线来看，两者都具有较宽的抽气范围。,3.干式泵今后的发展,建议与设想,新的世纪，用户对真空泵的改进创新提出新的要求。如：1.要不断提高产品的可靠性；2.降低因返油引起的对系统的污染；3.抽除有害性气体时应减少偶然性事故；4.要进一步降低成本，减少使用昂贵的工作液体；5.要求振动噪音低且易于维修。根据这些要求去改进现有产品。,发展专用性产品，以满足某些特殊工业部门的需要，如核聚变托克马克装置要求：1.对H2和H2同位素的抽气能力要达到800 L/s；2.对H2的压缩比达107；3.极限压力达10-2Pa；4.抗辐射能力，在5年内能耐受106拉德的辐射吸收剂量

33、。（1拉德为某物吸收的剂量100 erg/g）；5.要求漏气率低于10-7PaL/s，密封要用金属密封，不能用有机材料；6.五年内不需维修，并能遥控操作。满足这些要求的真空泵是不能从现有通用的真空泵加以简单的改造就能解决的。,真空泵的清洁度的提高必须使用超高真空技术，如使用金属密封，不锈钢材料等。在新产品的设计和老产品更新时一定要考虑好售后服务，维修和更换零件要方便。对于半导体工业，用户的要求也是如此：1.产品工作要可靠；2.要耐磨；3.要耐蚀；4.易维修。,3.1真空泵换代势在必行,5年后的产品一定要更可靠，更安全，更清洁，更容易维修，更便宜，无振动。,有电脑控制的、具有新特点的、满足用户需

34、要的各种产品应尽快出现于国内市场上。,真空行业还应在开发新抽气原理的新泵种上下功夫。为了提高产品的可靠性，提高使用寿命，一定要采用新的工艺技术和加工手段，保证加工精度和产品质量。,3.2 改善的老产品仍具魅力,价格便宜的有油的真空泵经过性能提高仍有广阔的市场，只是所占的比例不同而已。工业界一致认为老式的油扩散泵是濒于灭亡的产品，虽然目前在国内仍大量应用。真空泵的监控问题与智能控制,3.3 干式真空泵的改进,对干式真空泵，我们都渴望能够将其物理尺寸减小。但这与真空泵的抽气速率相矛盾，因为真空泵的抽气速率与真空泵的容积成正比，物理尺寸小意味着容积也小。减小物理尺寸，需要提高容积泵转子的转速，这需要

35、更好的动平衡、更优的热力学性能和更小的泄漏量。,为了让小尺寸的真空泵的抽气速率与大尺寸真空泵的抽气速率相匹配，就需要提高它的转速。改变真空泵的转速有两种方法：一是改变电源的频率，即采用变频器，好处是可以提供一个闭环控制，但在大负载下容易引起扭距的损失。二是改变齿轮箱的传动比。改变齿轮箱的传动比是一种非常经济的方法，当然，它只能提供不可控的单一转速。,由于转速的提高，抽速提高了，但是由于压缩过程带来的热量也随之提高了，解决泵的散热问题必须解决，这就需要加大散热风扇或是冷却水的流量。干泵整体的优化设计，合理设计泵的尺寸、转速、冷却条件，使得泵的结构紧凑、安全可靠、寿命长、耗能低。向智能控制方向发展，随着半导体生产线和其它工业生产线的发展，集成控制成为一个大的趋势，干泵提供一个控制接口，与控制系统连接成为重要的集成化条件。,智能真空控制图例,真空泵在线监控软件界面,课程结束,谢 谢 大 家！,E N D,