[發明專利]一種大抽速結構緊湊的組合泵

有效

• 申請號: 201711386950.2
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108119329B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 郭衛斌;薛函迎;柴云川;王瀏杰
• 申請（專利權）人: 南京華東電子真空材料有限公司
• 主分類號: F04B37/02
• 分類號: F04B37/02;F04B37/04;F04B39/06
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明是一種大抽速結構緊湊的組合泵，由濺射離子泵和吸氣劑泵組合而成，它包括一個或多個陽極室并聯組成的用以連接高壓的陽極筒，以及至少一個裝在陽極室內、具有加熱結構并且含有多孔吸氣材料的吸氣劑泵，工作時，放置在真空腔體中，將陽極筒連接至高壓直流電源的陽極，將多孔吸氣材料連接到高壓直流電源的接地端，抽真空后通過加熱元件將吸氣劑泵通電激活，再在陽極筒周圍加上磁場。優點：大大縮小了組合泵的體積，使得結構更為緊湊；在陽極室內的陰極濺射得更為強烈，因此具有更大的抽速；再者，多種成分的多孔吸氣材料濺射出的吸氣薄膜比傳統的鈦膜具有更大的吸氣速度。

技術領域

本發明涉及的是一種大抽速結構緊湊的組合泵，獲得超高真空的泵，由吸氣劑泵和濺射離子泵組合而成。屬于超高真空泵技術領域。

背景技術

現在許多如電子顯微鏡的科研儀器或系統，需要在超高真空條件下才能正常工作。為達到超高真空，需要2-4個泵串聯、并聯使用。常用的方式是使用旋片泵或渦旋干式泵作為前級泵以獲得10Pa到10^-1Pa的前級真空，然后串聯從渦輪分子泵、吸氣劑泵、濺射離子泵、鈦升華泵、低溫冷凝泵中選擇一種或幾種串聯或并聯后作為二級泵使用。具體選用什么方案，取決于系統的潔凈度、氣體種類、氣體負載、抽真空的時間、最終的極限壓強等要求。常用的二級泵性能各有優缺點。濺射離子泵、鈦升華泵和渦輪分子泵能夠抽除幾乎所有氣體。渦輪分子泵對真空腔室的油污染較輕，但是極限壓強比較高，并且對于氫氣等小分子氣體的壓縮比較小。吸氣劑泵激活后可以在沒有動力的情況下持續工作，并且對氫氣的抽速很高，但是其不吸收惰性氣體。濺射離子泵沒有運動部件和油污染，并且可以通過離子流的大小大致判斷系統內部的壓強，但是其正常運轉需要高壓電源和磁場。鈦升華泵則需要大量的能源來升華金屬鈦并冷卻泵體。低溫冷凝泵抽速大、極限壓強低，但是價格貴，運行維護費用高昂。

本發明與濺射離子泵和吸氣劑泵的組合使用有關。濺射離子泵運行時，實際的物理過程比較復雜，基本包括磁約束氣體放電、陰極濺射、次級電子發射、氣體分子在薄膜表面上的吸附，脫附與擴散，離子和中性粒子在固體表面的透入和再釋出等。

其工作的基本原理是在陽極室加上高壓和磁場后，由于場致發射或宇宙射線產生的自由電子在電場的作用下，在陽極室內作輪滾線運動。由于電子在陽極筒內運動的軌跡很長，因此在運動過程中與氣體分子碰撞的幾率大大增加。每個氣體分子被電離的同時，都至少放出一個電子，這些電子也都受電磁場的約束而進入旋轉電子運動過程中，于是經過一個短時間的積聚后形成雪崩效應，便在陽極筒內建立起一個強大的旋轉電子云。這個過程一般稱為潘寧放電。由于磁場的有效約束，這個旋轉電子云可以維持到很低的壓強，因而氣體放電可以自持到很低的壓強。潘寧放電產生的離子則奔向低電位的陰極，轟擊陰極板，濺射陰極物質，同時產生二次電子，這些二次電子又加入到空間的旋轉的電子流中。濺射出來的陰極物質，淀積在陽極內壁和陰極板上，形成新鮮吸氣膜維持泵的抽氣能力。在超高真空狀態下，氣體分子十分稀少，其被電離的可能性大大降低，這就導致陰極濺射出的吸氣材料大幅減少，因此濺射離子泵在超高真空下抽速會迅速減小。根據離子流的大小和真空度大小相關的這一特性，也可根據離子流的大小來判斷系統內部的真空度。濺射出陰極材料的數量除了與離子流的大小也就是轟擊陰極材料的離子的多少有關外，還與離子的動能有關。在陽極電壓固定的情況下，質量小的氣體分子電離后其所具備的動能也小，轟擊陰極也不容易引起陰極濺射，因此濺射離子泵抽除小分子量的氣體能力也有限。但是小分子量的氫氣恰恰是超高真空系統內的主要氣體。濺射離子泵所能達到的極限壓強主要與其陽極室的尺寸有關，大直徑的陽極室才能讓自由電子在陽極室內作長時間的滾輪運動。濺射離子泵的抽速與陽極室尺寸相關性不大，因此在實際應用時，濺射離子泵通常需要將許多陽極室并聯使用以獲得大的抽速，這也意味著其需要更多重量的磁鐵。因此濺射離子泵的體積和重量一般都比較大，它的尺寸和重量一般和泵的抽速有線性關系。因此大抽速的濺射離子泵由于其較大的尺寸和重量而難以在小型或便攜式系統中應用。