油擴散泵的應用壓強范圍是10-1帕-10-7帕,它是利用氣體的擴散現(xiàn)象來排氣的,它具有結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,抽速大(最高可以達到10+5升/秒)等特點。油擴散泵主要由泵殼、噴嘴、導流管和加熱器組成,里面主要添加擴散泵油(日本的型號是D-704#),根據(jù)噴嘴的多少可以分為單級泵和多級泵。
擴散泵底部內(nèi)儲存有擴散泵油,上部為進氣口,右側(cè)旁下部為出氣口,在工作時出氣口由機械泵提供前置壓強,機械泵充當前置泵。
當擴散泵的油被電爐加熱時,產(chǎn)生的油蒸汽提供前置壓強,機械泵充當前置泵。當擴散泵油被電爐加熱時,產(chǎn)生的油蒸汽沿著導流管經(jīng)傘形噴嘴向下噴出。因噴嘴外面有機械泵提供的1-10-1帕的真空,故油蒸汽可噴出一段距離,構(gòu)成一個向出氣口方向運動的射流。射流最后碰上由冷卻水冷卻的泵壁,凝結(jié)為液體,流回蒸發(fā)器,即靠油的蒸發(fā)——噴射——凝結(jié),重復循環(huán)來實現(xiàn)抽氣的。
由進氣口進入泵內(nèi)的氣體分子,一旦落入蒸汽流中,便獲得向下運動的動量,向下飛去,由于射流具有高的流速(約200米/秒),高的蒸汽密度,且擴散泵油具有高的分子量(300-500)故能有效的帶走氣體分子,因此在射流的界面內(nèi),氣體分子不可能長期滯留,且在射流界面的兩邊,被抽氣體有很大的濃度差,正是因為這個濃度差被抽氣體能不斷的越過界面,擴散進入射流中,被帶往出口處,在出口處再由機械泵抽走。
擴散泵的油蒸汽壓是決定泵的極限真空的重要因素,因此盡量選用飽和蒸汽壓低的泵油,其化學特性要好。
擴散泵不能單獨用來抽氣,一般要求泵的最大出口壓強為40帕。擴散泵的抽速決定于第一級噴嘴與泵體進氣口口徑間環(huán)形面積的大小,抽速不是一恒定的值,而是隨著進氣口的壓強而變化的,當壓強在10-2~10-3帕的時候,擴散泵的抽氣速度是最快的,當壓強小于5*10-4帕之后,擴散泵的抽氣速度最小,幾乎沒有抽氣能力(此時,進氣口的壓強較高,由于空氣的密度較大,使蒸汽流形成不了高速射流以阻擋空氣的反擴散,所以抽速下降)。
擴散泵在安裝前要清洗,之后才可以裝入擴散油,油在加熱前,必須要先對泵抽真空,停機前要先將擴散泵油冷卻到60~70攝氏度,才可以關閉前級抽氣,最后關冷卻水。
由于油擴散泵是無法杜絕有返油的幾率,那么沒有辦法保證精密產(chǎn)品的100%純凈,特別是半導體行業(yè),所以就有“高真空冷凝泵+低真空機械泵”所組成的無油真空系統(tǒng),冷凝泵組成的排氣系統(tǒng)不僅排氣效率極高,而且有效保證真空腔的清潔,保證產(chǎn)品的質(zhì)量(避免產(chǎn)品被污染、增強膜層與基板之間的附著力),但是其維護成本非常的高,造價昂貴,所以普及率沒有油擴散泵廣泛。
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