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用图片展示来详细解说低温泵的结构和工作原理

发布时间:2021-10-09浏览:15次

  低温泵是利用低温表面冷凝气体的真空泵,又称冷凝泵。它可以获得抽气速率最大、极限压力低的清洁真空,广泛应用于半导体和集成电路的研究和生产,以及分子束研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、离子注入机和空间模拟装置等方面。
 
  低温泵的工作原理是利用气体在超低温表面发生物理吸附而达到排气的效果,是获得洁净真空的一种有效、快捷的方法。能够达到极高真空(10-11Pa),有排气速度快、无油和安装方向不受限制等优点。低温泵的一级冷台上,设置屏蔽罩和挡板,温度维持在80K。二级冷台维持在15K,上面设置低温罩和活性炭吸附剂。
 
  一般提到的低温泵的使用介质温度稍微高点的在零下30摄氏度,更低的在零下220摄氏度,在设计师要考虑到材料的低温性能,抗冲击性(主要是Ak值),介质的理化性能,尤其像液氧液氮液氩液化天然气这些介质的挥发性。根据这些性能考虑密封结构。
 
  低温泵能够达到极高真空(10-11 Pa),有排气速度快、无油和安装方向不受限制等优点,其构造如下图所示:
 

 

  1—一级冷台;2—二级冷台;3—低温罩;4—屏蔽罩;5—挡板
 
  水蒸气凝固在80K屏蔽罩和80K挡板上;氮气、氧气和氩气凝固在15K低温罩上;氢气、氦气和氖气被吸附在15K低温罩内侧的吸附剂上。低温泵可以对所有气体排气,但是如果吸附的气体量过多,则排气速度降低。这时,需要将低温泵加热,放出吸附的气体后,重新使用。
 
  在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。它使气体凝结,并保持凝结物的蒸汽压力低于泵的极限压力,从而达到抽气作用。低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。
 
  ①低温冷凝:气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上,其平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。抽空气时,冷板温度必须低于 25K;抽氢时,冷板温度更低。低温冷凝抽气冷凝层厚度可达10毫米左右。
 
  ②低温吸附:气体分子以一个单分子层厚 (10-8厘米数量级)被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上。吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。如在 20K时氢的蒸气压力等于大气压力,用 20K的活性炭吸氢时吸附平衡压力则低于10-8 帕。这样就可能在较高温度下通过低温吸附来进行抽气。
 
  ③低温捕集:在抽气温度下不能冷凝的气体分子,被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。