真空技术:

真空是指低于大气压力的气体的给定空间,即每一立方厘米空间中气体分子数约莫少

于两千五百亿亿个的给定空间。真空是相对于大气压来说的,并不是空间没有物质存在。

用现代抽气方法获得的最低压力,每一立方厘米的空间里仍然会有数百个分子存在。气体

淡薄程度是对真空的一种客观量度,最直接的物理量度是单元体积中的气体分子数。气

体分子密度越小,气体压力越低,真空就越高。但由于历史原因,量度真空通常都用压

力表示。

历史

远在1643年,意大利物理学家托里拆利发现,真空和自然空间有大气和大气压力存

在。他将一根一端封闭的长玻璃管灌满汞,并倒立于汞槽中时,发现管中汞面下降,直

至与管外的汞面相差76厘米时为止。托里拆利认为,玻璃管汞面上的空间是真空,76厘

米高的汞柱是因为存在大气压力的缘故。1650年,德国的盖利克制成活塞真空泵。

1654年,他在马德堡进行了著名的马德堡半球试验:用真空泵将两个合在一路的、直径

为14英寸(35.5厘米)的铜半球抽成真空,之后用两组各八匹马以相反方向拉拽铜球,始

终未能将两半球分开。这个著名的试验再度证明,空间有大气存在,且大气有巨大的

压力。为了纪念托里拆利在科学上的重大发现和贡献,以往习用的真空压力单元就是用

他的名字命名的。19百年中后期,英国工业革命的成功,促进了出产力和科学实验

发展,同时也鞭策了真空技术的发展。1850年和1865年,先后发了然汞柱真空泵和汞滴

真空泵,从而研制成了白炽灯泡(1879)、阴极射线管(1879)、杜瓦瓶(1893)和压缩式真

空计(1874)。压缩式真空计的应用首次使低压力的测量成为可能。20百年初,真空

电子管出现,促推真空技术向高真空发展。1935~1937年发了然气镇真空泵、油扩散泵

和冷阴极电离计。这些成果和1906年制成的皮拉尼真空计至今仍为大多数真空系统所常

用。1940年以后,真空应用扩大到核研究(回旋加速器和同位素分散等)、真空冶金

、真空镀膜和冷冻干燥等方面,真空技术开始成为一个独立的学科。第二次世界大战期

间,原子物理试验的需要和通信对高质量电真空器件的需要,又进一步促进了真空技术

的发展。

应用

地球上的真空环境

在地球上,通常是对特别指定的封闭空间抽气来获得真空,用来抽气的设备称为真空泵

。早先制成的真空泵,抽气速度不大,极限真空低,很难满足出产和科学试验的需要。

后来相继制成一系列抽气机理不同的真空泵,抽速和极限真空都获得不断的提高。如低

温泵的抽气速率可达60000升/秒,极限真空可达千亿分之一帕数量级。

需要

为了保证真空系统能达到和保持工作需要的真空,除需要配备合适的、抽气性能良

好的真空泵以外,真空系统或其零部件还必需颠末严格的检漏,以便消除破坏真空的漏

孔。低(粗)真空、中真空和高真空系统一般用气压检漏;对于超高真空系统,在采用一

般检漏法粗检以后,还要采用活络度较高的检漏仪,如卤素检漏仪和质谱检漏仪来检漏

。

应用

随着真空获得技术的发展,真空应用一天一天慢慢地扩大到工业和科学研究的方方面面。真空

应用是指利用淡薄气体的物理环境完成某些特别指定任务。有些是利用这种环境制造产品或

设备,如灯泡、电子管和加速器等。这些产品在使用期间始终保持真空;而另一些则仅

把真空当作出产中的一个步骤,最后产品在大气环境下使用,如真空镀膜、真空干燥和

真空浸渍等。真空的应用范围极广,主要分为低真空、中真空、高真空和超高真空

应用。低真空是利用低(粗)真空获得的压力差来夹持、提升和运输物料,以及吸尘和过

滤,如吸尘器、真空吸盘。中真空一般用于排除物料中吸留或溶解的气体或水分

、制造灯泡、真空冶金和用作热绝缘。如真空浓缩出产炼乳,不需加热就能蒸发乳品中

的水分。真空冶金可以掩护活性金属,使其在熔化、浇铸和烧结等过程中不致氧化

,如活性难熔金属钨、钼、钽、铌、钛和锆等的真空熔炼;真空炼钢可以制止加入的一

些少量元素在高温中烧掉和有害气体杂质等的渗入,可以提高钢的质量。高真空可

用于热绝缘、电绝缘和制止分子电子、离子碰撞的场合。高真空中分子自由程大于器皿

的线性尺寸,因此高真空可用于电子管、光电管、阴极射线管、X射线管、加速器、质

谱仪和电子显微镜等器件中,以制止分子、电子和离子之间的碰撞。这个特性还可应用

于真空镀膜,以供光学、电学或镀制装饰品等方面使用。外层空间的能量传输与

超高真空中的能量传输相似,故超高真空可用作空间模拟。在超高真空条件下,单分子

层形成的时间长(以钟头计),这就可以在一个表面尚未被气体污染前,利用这段充分长

的时间来研究其表面特性,如摩擦、粘附和发射等。

真空技术规范--基础规范

GB 4982~4983-85真空快卸法兰

GB 4982-85夹紧型真空快卸法兰

GB 4983-85拧紧型真空快卸法兰

GB 6071.1~6071.3-85超高真空法兰

GB 6071.1-85超高真空法兰布局型式

GB 6071.2-85超高真空法兰尺寸

GB 6071.3-85超高真空法兰用铜密封垫

GB/T 3163-93真空技术术语

GB/T 3164-93真空技术系统用图形符号

GB/T 6070-1995真空法兰

GB/T 16709-1996真空技术管路配件装配尺寸

JB 1090~1092-91真空动密封型式及尺寸

JB 1090-91 J型真空用橡胶密封圈型式及尺寸

JB 1091-91 JO型扇骨子型真空用橡胶密封圈型式及尺寸

JB 1092-91 O型真空用橡胶密封圈型式及尺寸

JB 5278.1~5278.3-91铜丝密封可烘烤真空法兰

JB 5278.1-91铜丝密封可烘烤真空法兰连接型式

JB 5278.2-91铜丝密封可烘烤真空法兰法兰布局尺寸

JB 5278.3-91铜丝密封可烘烤真空法兰铜丝密封圈布局尺寸

JB/T 7673-95真空设备型号编制方法

JB/T 8105.1~8105.2-1999真空规管接头

JB/T 8105.1-1999橡胶密封真空规管接头

JB/T 8105.2-1999金属密封真空规管接头

真空泵的主要分类:无油干式机械真空泵、油封式真空泵、罗茨真空泵、水环真空泵、加速分子泵和冷凝泵等。

真空泵的性能参量

一、真空泵的极限压强

泵的极限压强单元是Pa,是指泵在入口处装有规范试验罩并按规定条件工作,在不引入气体正常工作的环境下,趋向稳定的最低压强。

2、真空泵的抽气速率

泵的抽气速率单元是m3/s或l/s,是指泵装有规范试验罩,并按规定条件工作时,从试验罩流过的气体流量与在试验罩指定位置测得的均衡压强之比。简称泵的抽速。

3、真空泵的抽宇量

真空泵的抽宇量单元是Pam3/s或Pal/s。是指泵入口的气体流量。

4、真空泵的起动压强

真空泵的起动压强单元为Pa,它是指泵无损坏起动并有抽气作用时的压强。

5、泵的前级压强

真空泵的前级压强单元是Pa,它是指排气压强低于一个大气压的真空泵的出口压强。

6、真空泵的最大前级压强

真空泵口最大前级压强单元是Pa,它是指超过了能使泵损坏的前级压强。

七、真空泵的最大工作压强

真空泵的最大工作压强单元是Pa,它是指对应最大抽宇量的入口压强。在此压强下,泵能持续工作而不恶化或损坏。

各式泵的工作原理

无油干式机械真空泵(又简称干式机械泵)是指泵能从大气压力下开始抽气,又能将被抽气体直接排到大气中去,泵腔内无油或其他工作介质,而且泵的极限压力与油封式真空泵同等量级或接近的机械真空泵。

目前,真空行业使用的大多数机械真空泵都是用油、水或其它聚合物等流体充当泵的工作介质,在泵内起冷却、密封、润滑等多种作用。随着科学技术的发展以及真空应用领域的扩大,原本的机械真空泵及其组成的抽气系统出现了两个急需解决问题:一是泵的工作介质返流污染被抽器皿,而这种返流在许多环境下影响产品的质量、数量,增加设备的维护成本。其次,由于某些工艺过程中的反应物质使真空泵内的介质严重变质,使泵不能正常工作。

对于普通的无油真空系统来说,虽然可用油封式真空泵加上冷阱或吸附阱之类附件来防止返流,但不能彻底解决问题,而且使系统显得庞大。而使用适当型式的干式机械真空泵,则可以达到理想的使用效果。

干式机械真空泵的应用是广泛的,主要有以下几个方面:1)低压化学气相沉积中的多晶硅制备工艺中;2)半导体刻蚀工艺。在这些出产工艺中往往用到或天生腐蚀性气体和研磨微粒;3)除半导体工艺外的某些产生微粒的工艺,不希望微粒混入泵油中,而希望微粒排出泵外,则用干式机械真空泵可以满足要求;4)在化学工业、医药工业、食品工业中的蒸馏、干燥、脱泡、包装等,要防止有机溶剂造成污染,适合用干式真空泵;5)用做一般无油清洁真空系统的前级泵,以防止油污染。

近年来,干式机械真空泵获得快速的发展,国外多家大真空公司都研制出了新型的干式机械真空泵。国内的许多单元也一直在进行干式机械真空泵的开发研制工作,如东北大学、沈阳真空技术研究所、上海真空泵厂等。目前,干式机械真空泵主要分为接触型及非接触型。接触型的干式真空泵主要有叶片式、凸轮式、往复活塞式、膜片式等,这类泵的速度较低,适用于小容量高压缩比(单级压缩比)。非接触型的干式泵有:罗茨型、爪型、螺杆型、涡旋型等,其速度较高,适用于大容量,低压缩比(指单级压缩比)。不同类型的干式泵具有各自的特点。使用时可按照不同的用途加以选择。

油封式真空泵是用油来保持运动部件的密封、靠泵腔容积变化而实现抽气的机械真空泵统称。它们的工作原理都是使泵腔工作室容积机械地增大和缩小而抽气。当泵腔内工作室容积变得最钟头,与泵的入口管道连通,于是气体进入泵吸入腔,一直到吸入腔容积最大并重新与进气口分开时为止。当容积削减时,气体被压缩,直到气体的压力大于一个大气压,排气阀被打开,将气体排出。

用油作密封泵的必要性:时下大量使用的机械真空泵,即使设计得最好,相向运动的零件间配合精度即使很高。在泵达到极限真空时,也难以阻止气体由低真空端向入口端"突破"返流。别的,由于泵在设计制造及装配中不可制止地存在有害空间,这也降低泵的极限真空度。油封式真空泵就是用油将相向运动的零部件和排气阀零件间密封起来;将有害空间充填,使得高压气体反"突破"的机会少得多,密封性能也就好得多,从而使泵能达到较高的真空度。

油封式真空泵的应用,油封式真空泵按照布局型式可分为定片式、旋片式、滑阀式、余摆线式四种。目前,油封式真空泵是国内真空获得技术中应用最广的一种泵,它可零丁用作低真空设备的排气用泵,也可用作高真空排气时的前级真空泵。真空行业中广泛使用的油封式机械真空泵大可能是中、小型的旋片泵和中、大型的滑阀泵。因此,它已在国民经济的很多部门,例如电真空、电子、轻化工、钢铁、有色冶炼等工业部门中发挥着越来越大的作用。由于油封式真空泵均装有气镇装置,故也可以抽除潮湿疹体。但现在还不舒服于抽除含氧过高、有爆炸性、对黑色金属有腐蚀性,对泵密封油起化学作用、及含有颗粒灰尘的气体。

目前,国内的许多研究单元和出产厂家正在设计和出产出抽除水蒸气和耐腐蚀的油封真空泵系列。随着新技术、新材料的发展和应用,性能更好的、能满足各类工业需要的、适应能力强的各类油封式真空泵必将出产出来。

罗茨真空泵的泵体的布置布局决定了泵的总体布局。目前国内外的罗茨真空泵总体布局大抵有三种型式:⑴立式布局的进、排气口程度设置,装配和连接管路都比较方便。但泵的重心较高,在高速运转时稳定性差,故这种型式多用于小泵。(2)卧式泵的进气口在上,排气口在下。有时为了真空系统管道安装连接方便,可将排气口从程度方向接出,即进、排气方向是相互垂直的。此时,排气口可以从左或右两个方向开口,除接排气管道一端外,另一端堵死或接旁通阀。这种泵布局重心低,高速运转时稳定性好。一般大、中型泵多采用此种布局。(3)泵的两个转子轴与程度面垂直安装。这种布局装配间隙容易控制,转子装配方便,泵占地面积小。但泵重心较高且齿轮拆装不便,润滑机构也相对庞大。仅见于国外产品。

2、泵的传动体式格局罗茨真空泵的两个转子是通过一对高精度齿轮来实现其相对同步运转的。主动轴通过联轴器与电机联接。在传动布局布置上主要有以下两种:其一是电动机与齿轮放在转子的同一侧如图。从动转子由电动机端齿轮直接传已往动员,如许主动转子轴的扭转变形小,则两个转子之间的间隙不会因主动轴的扭转变形大而改变,故使转子之间的间隙在运转过程中均匀。这种传动体式格局的最大缺点是:a.主动轴上有三个轴承,增加了泵的加工和装配难度,齿轮的拆装及调整也不便;b.整体布局不匀称,泵的重心偏向电动机和齿轮箱一侧。

另一种是电动机和传动齿轮分别装在转子两侧。这种形式使泵的整体布局匀称,但主动轴扭转变形较大。为保证转子在运转过程中的间隙均匀,要求轴应有足够的刚度,轴和转子之间的联接要紧固(目前已有转子与轴焊或铸成一体的布局)。这种布局拆装都很方便,所以被广泛采用。

水环泵工作轮在泵体中扭转时形成了水环和工作室。水环与工作轮构成了月牙形空间。右面半个月牙形的容积由小变大,形成吸气室。左边的半个月牙形的容积由大变小,构成了压缩过程(相当于排气室)。被抽气体由进气管和进气口进入吸气室。转子进一步转动,使气体受压缩,颠末排气口和排气管排出。排出的气体和水滴由排气管道进入水箱,此时气体由水中分散出来,气体经管道排到大气中,水由水箱进入泵中,或颠末管道11排到排水设备中。水环泵的压缩比由泵的吸气口终了位置和排气口开始位置所决定。因为吸气口终止位置决定着吸气腔吸入气体的体积;而排气口开始的位置决定着排气时压缩了的气体的体积。对已经确定了布局尺寸的水环泵,可以求出其压缩比。

分子真空泵(Moser baer PVD)它是利用高速扭转的转子把动量传输给气体分子,使之获得定向速度,从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵详细可分为:

1)牵拉分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量,被驱送到泵的出口。

2)涡轮分子泵靠高速扭转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。

3)复合分子泵它是由涡轮式和牵拉式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵

冷凝泵(Moser baer PVD)又称浮获式真空泵,这种泵附加了一个高压氦压缩机,利用这个压缩机把气体冷凝成冰,而排出的主要是水气,一般可以使气体的温度将至冷下100度,甚至更低。它主要应用于超高级半导体的制造中,特点是工作傍边非常的干净,无污染。

以上都是些物理上能产生真空的PUMP,在光通讯上应用一种名叫980PUMP,又称为PUMP LASER。它主要是利用激光器把电能以泵浦的形式转换成980NM的光信号,在掺铒光纤中与铒分子反应,为光纤中流过的光信号提高能量,使之放大传送的更远。在光通讯元件出产中,也使用了专用的真空泵,要求真空泵不但能产生高的真空,还对泵的干净度、抽气速率、极限压强、振动等参量提出了更高的需求。

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