名師推薦真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、真空系統(tǒng)由許多不同的組件組合而成。如各種的閥、壓力計(jì)、腔體以及最重 要的 pump。Base pressure :一般指此真空系統(tǒng)能夠抽到的最低壓力。製程氣體尚未進(jìn)腔體前 Process pressure 指: 製程壓力。反應(yīng)氣體進(jìn)入腔體後，反應(yīng)時(shí)所需維持的壓力。 Base pressure會(huì)比 Process pressur低。閥門 (Valve) :在真空系統(tǒng)中用來改變氣流方向 ，調(diào)節(jié)氣流量大小 ，切斷或接通管路的元件 。Soft valve : 細(xì)(慢)抽閥，防止壓差過大而起塵。腔體於大氣時(shí)，一般先 用此閥抽。Foreline Valve :位於pump出氣口，真空異常時(shí)，開關(guān)速度及是否

2、緊閉是保 護(hù)pump的關(guān)鍵。同時(shí)管徑小，易積塵，需定期清洗保養(yǎng)測試。Rough valve : 粗抽閥，當(dāng)腔體真空較低時(shí)，絕對(duì)不能打開 Gate Valve 用分子pump抽真空。在確認(rèn)Gate Valve和Foreline Valve關(guān)閉的情況下，開啟 Rough Valve ，抽腔體真空到 300 mTorr 以下。Purge gas valve :有些製程會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，因pump底部有用於冷卻 pump的冷卻盤，會(huì)致大量積塵於冷卻部分，用 N2吹掃可減少這方面的影響，另 外也作冷卻軸承等用途。真空閥門有幾個(gè)典型的結(jié)構(gòu)如 : 隔膜閥、真空球閥、真空蝶閥、插板閥、 擋板閥、電磁閥、針閥、超

3、高真空閥、玻璃真空活塞、無油玻璃真空閥而真空閥門的設(shè)計(jì)也很重要。對(duì)於構(gòu)成管路一部分的閥門，其 流導(dǎo)大小 是一 個(gè)重要的性能參數(shù)。對(duì)於主要用來起開關(guān)氣路作用的閥門，閥板關(guān)閉的 密封性能 也是重要的性能參數(shù)之一。密封性能是用其漏氣率來衡量的。對(duì)於主要用來調(diào)節(jié) 氣流大小的閥門，能夠調(diào)節(jié)氣流量的精度及範(fàn)圍，則是一項(xiàng)重要的性能參數(shù)。對(duì) 於全金屬超高真空閥門，每次關(guān)閉是否性能穩(wěn)定 ?使用壽命是否長 ?是其主要的性 能指標(biāo)。一般對(duì)真空閥門的要求 :1. 閥門的密封性能要好，閥板密封處的漏氣率要小2. 閥板開啟後應(yīng)盡可能有較大的流導(dǎo) 、閥門內(nèi)所用材料應(yīng)有較低的飽和蒸氣壓， 高抗腐蝕性能和高化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨損、

4、壽命長，超高真空閥門應(yīng)能耐烘烤 (400 450 C)3. 閥門結(jié)構(gòu)要簡單，開關(guān)輕便省力，有標(biāo)誌，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在高壓側(cè)4. 真空閥門的型式、基本參數(shù)、連接尺寸和技術(shù)條件應(yīng)按國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。橡膠墊圈: 橡膠墊圈密封是利用閥板與閥座間壓緊橡膠墊圈，依靠橡膠彈性 變形填塞表面不平來實(shí)現(xiàn)的密封。選擇真空閥門的密封結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： a盡可能減少閥板下高真空側(cè)的放氣因素，例如選用放氣率小的密封墊材料等. b.關(guān)閥後密封圈截面上有最大的壓縮變形.c結(jié)構(gòu)力求簡單；d製造方便；e. 密封元件便於拆卸和修理 。閥門關(guān)閉的密封性能好壞決定於密封墊填塞閥座表面 不平的程度。影響這種填塞程度的因素有二方面：a密封墊

5、材料的硬度和壓緊程度；b.閥座表面的粗糙度。金屬墊圈 : 針閥 或是超高真空系統(tǒng)中的金屬墊密封閥門。一般來說，閥板 用軟金屬紫銅、無氧銅、鋁、鎳和鉛等製成，銅、鋁、鎳要預(yù)先經(jīng)過退火處理。 閥座用硬金屬不銹鋼等製成刀口形 。它們都是依靠軟金屬受壓產(chǎn)生塑性變形與閥 座密合達(dá)到密封的。為保證密封，每次閥板關(guān)閉時(shí)刀口的壓痕必須重合。為此除 了閥板的傳動(dòng)上應(yīng)有精確的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)外，刀口尖還應(yīng)倒圓。真空閥門的選擇 : 真空閥門的傳動(dòng)動(dòng)力主要有手動(dòng)、磁動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)。選擇閥門動(dòng)力主要考慮操作方便；工作可靠。例如手動(dòng)適合於小型的， 自動(dòng)化程度要求不高的和試驗(yàn)用的設(shè)備上應(yīng)用的閥門 ；而大型工業(yè)生產(chǎn)用的自動(dòng) 化

6、程度高的設(shè)備上的閥門，則必須用磁動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)或液壓的。一般說來，磁 動(dòng)閥門口徑都較小，動(dòng)作較快，電磁電源也較方便；而氣動(dòng)閥門突出的特點(diǎn)是動(dòng) 作快；兩者都適合於作保護(hù)性的閥門。電動(dòng) (即電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的 )和液壓的閥門，都 是需要大動(dòng)力的閥門，尤其是液壓傳動(dòng)的閥門，動(dòng)力小了不合適，它不像電動(dòng)的 閥門，常常因?yàn)殡娫捶奖愣粧裼?。?shí)際上，不管採用哪種動(dòng)力，都必須保證閥門工作可靠打開閥板的先導(dǎo)裝置 : 有的真空閥門在開啟閥板之前，需要先使閥板上下的 氣壓平衡，避免壓差過大使傳動(dòng)裝置超負(fù)荷而受損害，這就要用到先導(dǎo)裝置。先 導(dǎo)裝置還可用來在閥板上下壓差較大的情況下，用較小的傳動(dòng)力打開閥板。壓力計(jì) (Gaug

7、e) :真空氣壓計(jì)(Vacuum pressure gaug)S簡稱真空計(jì)(Vacuum gauge) 是依據(jù) 各種物理原理來量測壓力或分子數(shù)目的多少。依量測範(fàn)圍分類 :(1) 粗略真空計(jì)量測範(fàn)圍： 760 1Torr(2) 中度空計(jì)量測範(fàn)圍：1 10 Torr(3) 高度真空計(jì)量測範(fàn)圍：10 -3 107 Torr(4) 超高真空計(jì)(Ultrahigh vacuum)量測範(fàn)圍：10-7 Torr以下。依工作原理分類 : 液體靜態(tài)真空計(jì)、機(jī)械式真空計(jì)、熱傳導(dǎo)式真空計(jì)、半導(dǎo)體式真空計(jì)、黏滯性真 空計(jì)、離子化真空計(jì)、氣體分壓分析儀、氦氣測漏儀、電容式真空計(jì)。機(jī)械式真空計(jì) : 利用(容器內(nèi) )氣體粒

8、子之熱速度作用於 (容器內(nèi) )受力表面來 直接量測壓力之真空計(jì)。電容式真空計(jì)：為薄膜真空計(jì)(Diaphragm Gage的一種，利用薄膜兩邊壓力 不同而使薄膜偏移，以改變電極間之距離，並使電容也因而改變，故可求得壓力 之變化。目前利用電容式原理製造之真空計(jì)，其量測範(fàn)圍可從數(shù)十倍大氣壓力至 10_(10 7 pa。以電容式真空計(jì)作為轉(zhuǎn)移準(zhǔn)器時(shí)值得注意的是，溫度變化 的影響很大，因此沒有溫度控制裝置時(shí)，必須對(duì)溫度變化的影響作詳細(xì)評(píng)估。熱偶真空計(jì) ： 熱偶真空計(jì)是一種用途很廣的真空計(jì)，主要用來測試機(jī)械幫 浦、吸附幫浦、及擴(kuò)散幫浦前置部份運(yùn)轉(zhuǎn)中真空系統(tǒng)內(nèi)氣壓的大小，在燈泡製造 工業(yè)、真空冶金工業(yè)、半導(dǎo)

9、體電子工業(yè) 、以及實(shí)驗(yàn)室從事研究的範(fàn)疇內(nèi)使用極多。 對(duì)真空儀器設(shè)備有測漏功能 。利用熱電偶感溫特性 直接量測真空感測頭內(nèi)的發(fā)熱 燈絲的溫度，由 溫度變化即可知真空壓力的變化 。離子化真空計(jì) ： 為一間接量測壓力之真空計(jì)，一般用於高真空以上利用量測真空系統(tǒng)內(nèi)剩餘氣體分子之?dāng)?shù)量來推導(dǎo)出真空壓力。內(nèi)部兩大構(gòu)造： Senso：r 感測頭多為金屬或玻璃之外殼，內(nèi)部至少有電子電流產(chǎn)生裝置、電子加速裝置及離 子電流收集裝置。Controlle:控制器提供感測頭所需之電源電路，如燈絲加熱之 電源。真空系統(tǒng) 材料的選擇一個(gè)真空系統(tǒng)所使用的材料包括金屬，玻璃，陶瓷以及一些特殊橡膠。要求的需求有 :1. 足夠的機(jī)械

10、性質(zhì)阻擋內(nèi)外壓力差2. 足夠的緻密性抵擋氣體的滲透。3. 低的蒸汽壓及溢氣量4. 好的製造特質(zhì)以便容易成型並同時(shí)能夠抗惡劣工作環(huán)境。氫在金屬中的滲透率與壓力的平方根成正比。氫在玻璃以及橡膠中乃是以 分子形態(tài)進(jìn)行擴(kuò)散並穿透，其滲透率與壓力呈線性關(guān)係。鋁對(duì)氫的阻擋特性最 佳，而銅幾乎是對(duì)所有的氣體分子都具有很小的滲透率。鎳對(duì)氫的滲透率較高， 因此若有以水來當(dāng)作冷卻作用時(shí) ，為防止氫氣的滲透 ，以銅取代鎳是較佳的選擇 。一般的金屬其蒸汽壓都很低，然而有少數(shù)金屬其蒸汽壓在真空系統(tǒng)bak ing時(shí)會(huì)影響到真空度。例如黃銅，有些螺絲含有Cd, 303不鏽鋼含有S以及Se含有Zn以及 Pb#之合金在工作環(huán)境

11、達(dá)400-500C寺，將會(huì)嚴(yán)重破壞真空。在超高真空中選用金 屬不外乎是，不鏽鋼，鎳合金，無氧銅。金屬一般在真空系統(tǒng)中擔(dān)任反應(yīng)的部份，它必須能夠被容易焊接，接合以及 密合。材料自身要有好的機(jī)械性質(zhì)，能夠抗壓力，同寺低蒸汽壓，低溢氣量且對(duì) 氣體有極佳的抗?jié)B透率。若對(duì)於特殊用途，如燈絲，絕熱或是熱傳導(dǎo)則是另當(dāng)別論。常見的金屬有鋁以及不鏽鋼。不鏽鋼中，氫的滲透率會(huì)因碳的含量增加而變化，因此低碳鋼的不鏽鋼是較佳的選擇。玻璃對(duì)於氣體的滲透程度取決於玻璃 的緻密以及氣體分子的大小而定，密度越大者，氣體分子越大者。滲透率越小。一般的玻璃比其單晶的石英，其阻擋 He氣體滲透的能力小107倍。至於其他氣體 也是如

12、此。真空洩漏的可能性 :不理想之焊接或封合；包括氬焊、銀銅焊等之焊接缺失以及玻璃與金屬陶瓷 與金屬，o型環(huán)等封合缺失。器壁太薄，在微觀的情況下出現(xiàn)了小裂痕，或者器 壁材質(zhì)不良有沙孔，細(xì)縫以及腐蝕等等。氣體之?dāng)U散現(xiàn)象而穿透器壁。真空零件的處理 :一般置於超高真空內(nèi)的零件都必須經(jīng)過高溫的處理，以降低溢氣的問題。銅 金屬最好採用無氧銅，因?yàn)殂~氧化物會(huì)與氫氣形成水氣，同時(shí)銅金屬本身將會(huì)產(chǎn) 生孔隙。若有螺絲與螺帽最好不要結(jié)合進(jìn)行高溫減少逸氣量的處理，避免兩者結(jié) 合，所以有些螺絲會(huì)進(jìn)行特殊處理 （如中間穿孔 ）。 低溫真空的減低逸氣量處理 不會(huì)達(dá)到效果，唯獨(dú)高溫才有成效。Pump :Vacuum pump

13、 的選擇：1. 真空度範(fàn)圍2. 操作氣體的性質(zhì)3. 成本 (pumping speed )Vacuum pump依處理氣體的分類：1. 排氣式：將真空裝置內(nèi)的氣體輸送到較高壓力的外部而排出(1) 機(jī)械幫浦 (Mechanical pump)。(2) 蒸氣噴流幫浦 (Vapor stream pump)。2. 貯氣式：捕捉真空中之氣體，將其永久或暫時(shí)貯藏在幫浦中 而不排出。(1) 化學(xué)吸附幫浦 (Chemical adsorption pump)。(2) 吸附幫浦 (Sorption pump)。(3) 冷凍幫浦 (Cryopump)。機(jī)械幫浦 (Mechanical Pump) ：利用機(jī)械能力

14、直接將氣體排送出系統(tǒng)，其作用原理可分為：1. 將氣體自低氣壓處捕捉後經(jīng)壓縮送至高氣壓處，利用此原理者通常可直接將 氣體排到大氣中，若真空系統(tǒng)之最初氣壓為大氣壓時(shí)，通常只有利用此類幫浦可 將其抽低，故真空系統(tǒng)之前段幫浦大都採用此類幫浦。2. 利用幫浦中迅速轉(zhuǎn)動(dòng)之機(jī)件給予氣體高速率，以使其自低氣壓處向高氣壓處 運(yùn)動(dòng)。此類幫浦通常需與前段幫浦串聯(lián)使用，當(dāng)氣體分子運(yùn)動(dòng)至高氣壓處時(shí)，立 即被前段幫浦捕捉排送到外界大氣中。Pump 種類 :迴轉(zhuǎn)油墊幫浦 (Rotary oil-sealed pump) :幫浦內(nèi)部有一旋轉(zhuǎn)的偏心轉(zhuǎn)子(rotor),轉(zhuǎn)子上有一對(duì)受彈簧力之翼(vane。 此對(duì)翼因彈簧的壓力在轉(zhuǎn)

15、子旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)常接觸在幫浦的靜子(stator壁上，靜子外界貯滿幫浦油,油會(huì)經(jīng)靜子上的小油路滲入靜子內(nèi)壁,當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn) 子上的翼會(huì)與靜子內(nèi)壁接觸處形成一層油膜以維持氣密。因?yàn)檗D(zhuǎn)子的軸為偏心， 故幫浦內(nèi)之氣體在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)被壓縮，而轉(zhuǎn)子到幫浦的進(jìn)氣口處就形成局部真 空，真空系統(tǒng)內(nèi)的氣壓因大於幫浦進(jìn)口處之氣壓，於是被抽入幫浦中。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼 續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，幫浦內(nèi)的氣體受到壓縮直到超過大氣壓力時(shí)，就推開靜子上的單向 吊耳 活門(flap valve),經(jīng)由油槽進(jìn)入大氣中。迴轉(zhuǎn)油墊幫浦的操作範(fàn)圍在大氣壓力到 10-4 tor。Rotary pum在排氣的程序上可區(qū)分第一階段排氣與第二階段排氣，一 般常見的

16、pump都只有一次的排氣，也就是說氣體進(jìn)入 pump之內(nèi)，隨即就被送到 大氣中，但若是將第一次的排氣再送入另一個(gè)pump的入氣口，此過程則稱之為第二階段的排氣。這樣的組合其最大的功用在於能夠提升Roatry pum的終極壓力，同時(shí)也會(huì)加快排氣速度。魯氏幫浦 (Roots pump) :轉(zhuǎn)子為一對(duì)8字形的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間以及與靜子間的接觸點(diǎn)間隙不能大 於0.1 mm當(dāng)轉(zhuǎn)子迅速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將氣體從低壓處送往高壓處。幫浦中的兩個(gè)轉(zhuǎn)子其 中一個(gè)由小馬達(dá)直接帶動(dòng)，另一轉(zhuǎn)子則被此轉(zhuǎn)子所連之齒輪帶動(dòng)。潤滑油僅加於 軸承及齒輪上，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間以及與靜子間完全不用任何潤滑劑。潤滑油則靠主 動(dòng)轉(zhuǎn)子軸上帶動(dòng)的一個(gè)小加油

17、幫浦來連續(xù)供給。此種幫浦適用壓力範(fàn)圍在10到10-2tor，也有可抽真空到10-4 torr範(fàn)圍，依幫浦使用的情形而定。迴轉(zhuǎn)吹送幫浦 因其操作時(shí)轉(zhuǎn)子處不用潤滑油劑，故不像迴轉(zhuǎn)油墊幫浦、油蒸氣擴(kuò)散或噴射幫浦 會(huì)有油氣回流入真空系統(tǒng)之缺點(diǎn)。又能承擔(dān)較大的負(fù)荷且抽氣速率高，故常用作 加強(qiáng)幫浦(booster pump以輔助前段機(jī)械幫浦使在高負(fù)荷下，亦能抽到中度高真空 之範(fàn)圍。乾式幫浦 (Dry pump) :一般的Rotary pum需要有幫浦油來協(xié)助密合以防止被抽出去的氣體再度回 流腔體，但是當(dāng)腔體的壓力很低時(shí)且?guī)推值慕K極壓力已經(jīng)到達(dá)，則此時(shí)幫浦油本 身的蒸汽壓有可能會(huì)回流到腔體，造成腔體的油污染

18、，為了避免這種污染，設(shè)計(jì) 一種不需要利用幫浦油來密封的幫浦，即俗稱的dry pump Dry pump即機(jī)械迴轉(zhuǎn)幫浦而其中不用潤滑油或幫浦液者，所以轉(zhuǎn)子與靜子間之機(jī)械緊密度不可能很 高，因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速反而可以增加。但因轉(zhuǎn)子與靜子間無氣密襯墊，故幫浦之壓 縮比也不大。利用dry pump來抽粗略真空要能達(dá)到啟動(dòng)高真空幫浦所要求之真空 度就需要用多級(jí)dry pum才能達(dá)到此目的。Dry pump之優(yōu)點(diǎn)為無油氣污染之問 題，其缺點(diǎn)為可達(dá)到之真空度不高，對(duì)於高真空幫浦之啟動(dòng)較困難。常用乾式幫 浦有多級(jí)魯氏幫浦 及多級(jí)挖爪式幫浦 兩種。 機(jī)械分子幫浦 (Mechanical molecular pump

19、：)氣體分子碰撞在高速運(yùn)轉(zhuǎn)之機(jī)件上而獲得動(dòng)能，向機(jī)件運(yùn)動(dòng)的方向流動(dòng)，利 用此原理可將真空系統(tǒng)中之氣體從較低壓處移動(dòng)到較高壓處 ，然後再由前段幫浦 抽送至系統(tǒng)之外，由於氣體分子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生幫浦的作用，所以此類幫浦稱之為分 子幫浦。典型之分子幫浦有分子曳引幫浦(Molecular drag pump及渦輪分子幫浦 (Turbo-molecular pump兩 種。渦輪分子幫浦 (Turbo-molecular pump：)靜子與轉(zhuǎn)子裝在刻有斜槽之金屬圓盤上 ，金屬盤的排列為靜子與轉(zhuǎn)子相互間 隔交替，盤上槽的方向與盤的平面成一角度，靜子盤的槽正好是轉(zhuǎn)子盤的槽之反 影。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很高通常在每分鐘 240

20、00 轉(zhuǎn)到60000 轉(zhuǎn)左右。氣體由中央位置的 進(jìn)口處進(jìn)入在圓盤的槽內(nèi)被加速。渦輪分子幫浦的抽氣速率很大，而且可以抽到 甚高之真空，若出氣口用前段幫浦維持在10-2 tor的真空度，則此幫浦的最終壓 力可達(dá)10-9 tor到 10-10 torr範(fàn)圍。許多大型的真空工業(yè)及研究實(shí)驗(yàn)室需要高真空 且?guī)推值呢?fù)荷甚大時(shí)，常採用渦輪分子幫浦，例如大型的高頻率導(dǎo)波管、原子核 加速器、質(zhì)譜儀、太空模擬實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)純度非常高之材料所用之真空爐等。此幫 浦主要缺點(diǎn)為維修價(jià)格高且不適合用於污染性較高之真空系統(tǒng)。蒸氣噴流幫浦 (Vapor Steam Pump) :利用加熱使某種液體 (如礦物油或水銀 )蒸發(fā)成蒸氣，

21、這些蒸氣分子由於溫度高，運(yùn)動(dòng)甚速，當(dāng)經(jīng)過所需抽真空之系統(tǒng)時(shí)，即與被抽之氣體分子碰撞並給予動(dòng)能，將其帶向蒸氣循環(huán)路徑，在此路徑上蒸氣分子被冷卻變成液體流回原加熱槽，而所帶之氣體分子則在此處被前段幫浦抽出排送到系統(tǒng)外之大氣中。擴(kuò)散幫浦 (Diffusion pump)：高分子量之液體如水銀或矽油(silico ne oil)等在低壓力下加熱沸騰，其蒸氣成 分子流狀態(tài)以高速衝過噴嘴 (nozzle。) 氣體分子從真空系統(tǒng)內(nèi)擴(kuò)散到擴(kuò)散幫浦噴流 的附近，首先碰撞散射的低密度蒸氣分子而被迫入高密度蒸氣分子流中，此分子 流向下自由膨脹遇到幫浦器壁而冷卻成液體 ，被帶來的氣體分子則於此處被前段 幫浦抽走。若蒸

22、氣噴出向下流動(dòng)的速度愈大，則幫浦的效果愈大，因此需用高分 子量的液體作為幫浦液 (pump fluid)?；瘜W(xué)吸附幫浦 (Chemical Adsorption Pump) :利用活性物質(zhì)(reactive substange通常為薄膜、細(xì)絲或粉狀物)稱之為結(jié)拖 (getter)與被抽氣體分子化合變成固體或化學(xué)吸附貯留在幫浦內(nèi)不再放出。此種 結(jié)拖物質(zhì)在靜態(tài)真空系統(tǒng)中之應(yīng)用如真空管 (vacuum tube) 當(dāng)抽完真空封閉時(shí)， 封入結(jié)拖物質(zhì)之細(xì)絲如金屬鉭(Ta)等，然後通電加熱使此金屬絲燒去剩餘之氣體 (結(jié)合成為固體 )，以增進(jìn)真空度；在動(dòng)態(tài)真空系統(tǒng)中，此種結(jié)拖物質(zhì)直接用作幫 浦，此類幫浦因需

23、能經(jīng)常抽氣而不用更換幫浦或其中結(jié)拖物質(zhì)，故在設(shè)計(jì)上需特 別考慮。吸附幫浦 (Sorption Pump) :利用物理吸附(physical sorptio訓(xùn)某些吸附力很強(qiáng)之物質(zhì)如活性碳(active carbon或沸石(zeolite)等，將被抽氣體吸附在其表面上，因其吸收氣體為物理作 用，故有再放出被吸收氣體之可能，使用時(shí)應(yīng)儘量保持一定溫度或低溫。吸附幫 浦可利用加熱將所吸附之氣體釋放，使用前段幫浦接於逸氣管將氣體抽出。吸附幫浦依字意應(yīng)包括利用吸收 (absorption) 、物理吸附 (physical adsorption)及化學(xué)附著(chemisorption)等作用來抽除氣體。但是通

24、常吸收作用係指氣體被溶 解在固體內(nèi)，此種情形不易發(fā)生；化學(xué)吸附則指氣體在固體表面上被吸收而化合 成另一種物質(zhì)，通常亦為固體，此部分則歸類在化學(xué)吸附幫浦中；因此，吸附幫 浦僅指利用物理吸附作用來抽氣之幫浦 。物理吸附作用只發(fā)生在固體的表面約數(shù) 分子的厚度而已，分子間的結(jié)合力全靠分子引力(凡得瓦爾力， Von der Waalsforces)，而無化學(xué)結(jié)合力(chemical bond force)的參與作用，此作用具可逆性，即物理吸附既可以吸收氣體，也會(huì)將所吸附之氣體釋放出，也就是當(dāng)溫度上升或壓力降低時(shí)，氣體獲得的動(dòng)能大於分子間引力，此時(shí)被吸附的氣體就會(huì)被釋放而 出。通常稱被吸附的物質(zhì)為附著物(

25、absorbate,吸附氣體的物質(zhì)為吸附劑(absorbent)氣體分子被吸附劑吸附所需之結(jié)合能量稱為吸附能(absorptionenergy)。常用之吸附劑有活性炭、活性礬土及人造沸石等。吸附幫浦之內(nèi)筒為一金屬網(wǎng)，外筒為一氣密金屬筒，吸附劑則放在內(nèi)筒與外 筒之間。當(dāng)氣體由中央進(jìn)氣口進(jìn)入幫浦後就被周圍的吸附劑吸附，也有一部份氣 體被冷凍在底部。冷凝作用係靠外筒外部所接觸之冷凍劑通常為液態(tài)氮，此液態(tài) 氮貯於絕熱之杜華瓶(Dewar flask故可保持較久時(shí)間而不會(huì)受熱揮發(fā)。因人工沸 石為不良之熱導(dǎo)體，故幫浦之外筒與內(nèi)筒的距離不能太大，否則冷凍的效果就不 佳。沸石依其內(nèi)之小孔大小與要被吸收氣體的大

26、小關(guān)係來選擇，常稱之為分子篩 (molecular sieves)吸附幫浦之優(yōu)點(diǎn)為可在沒有油氣污染的情形下，由大氣壓一直 排氣至 10-3 torr。冷凍幫浦 (Cryopump) :利用非活性物質(zhì)(non-reactive meta使其在溫度很低的狀況下，將被抽氣體冷 凍成固體而貯於幫浦中。一般採用之冷凍劑為液態(tài)氦 (liquid helium)，因?yàn)楸怀闅?體多為空氣，而空氣在液態(tài)氦溫度下可凝結(jié)成固體。此種幫浦需經(jīng)常保持冷凍， 否則已凝結(jié)成液體或固體之被抽氣體會(huì)變回氣體再流入真空系統(tǒng)中 。冷凍幫浦當(dāng) 停用時(shí)應(yīng)將其連接真空系統(tǒng)之活門關(guān)閉，逸氣口或通往前段幫浦管路之活門打 開，使得當(dāng)幫浦溫度上

27、升至室溫的過程中，所冷凍之氣體會(huì)恢復(fù)氣態(tài)而逸出或由 前段幫浦抽出。冷凍幫浦利用冷凍劑使真空系統(tǒng)內(nèi)之氣體或蒸氣冷凝成液體或固體而存留 在幫浦內(nèi)以達(dá)到抽氣的作用。冷凍幫浦的構(gòu)造比較簡單，其要求為冷卻面大及對(duì) 外界熱絕緣要好。冷凍抽氣係靠其中用液態(tài)氦冷卻板，再靠液態(tài)氮冷卻屏障及輻 射阻擋以防止液態(tài)氦的蒸發(fā)。此裝置雖然較為複雜，但可節(jié)省對(duì)液態(tài)氦的消耗， 只是同時(shí)需使用兩種冷凍劑較為麻煩。幫浦的冷卻面直接接觸液態(tài)氦，或由熱導(dǎo) 體傳導(dǎo)到冷卻面上，亦有用銅管成螺旋狀盤繞在冷卻面上，而將冷凍劑由管中引 入吸熱後輸出，通常吸熱後即以氣化排出。結(jié)拖離子幫浦 (Gettering ion pump)又稱為蒸發(fā)離子幫

28、浦(evaporate ion pump)實(shí)為結(jié)拖幫浦與離子幫浦之結(jié) 合。圖中結(jié)拖物質(zhì)為金屬鈦絲，靠機(jī)械方法連續(xù)輸送到一加熱柱(heated pos上而蒸發(fā)。加熱柱則靠其旁邊圍繞之加熱燈絲 (鎢絲 )加熱。加熱柱通常為由鉭合金製 成，其熔點(diǎn)較鈦的熔點(diǎn)(1660C )高出甚多。幫浦之外套係用冷水冷卻，鈦蒸發(fā)後 就凝結(jié)成薄膜附在外套上，鈦在蒸發(fā)或凝結(jié)過程中均發(fā)揮結(jié)拖作用，因?yàn)椴粩嘤?新的鈦蒸氣產(chǎn)生，故外套上的鈦膜不斷有新鮮面以供結(jié)拖氣體。加熱燈絲另一用 途為放出電子，這些電子經(jīng)燈絲與外套間之柵極 (grid)加速而碰撞氣體分子使其 電離。通常燈絲在零電位而柵極在正電位，故電子由燈絲向柵極加速。幫浦的外 套亦在零電位，產(chǎn)生的正電離子因此被吸往外套壁上而陷於鈦膜之原子空間中。 隨後凝結(jié)的鈦就逐漸覆蓋最先被陷的氣體離子以阻止其逃出。撞濺離子幫浦 (Sputtering ion pump)某些熔點(diǎn)較高之金屬利用加熱法不容易使之蒸發(fā)而作為結(jié)拖，但 是可利用高速的離子碰撞將其濺射出而吸附氣體 。圖中放電管的陽極與陰極之間 加以高電壓，當(dāng)管中真空被前段幫浦抽到大約在 10-2 torr 到10-3 torr 時(shí)兩極開始 放電。陰極上的電子被高電壓吸引而向陽極進(jìn)行，在途中遭遇剩餘氣體分子，此 時(shí)電子動(dòng)能甚大，故碰撞氣體