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渦輪分子泵
渦輪分子泵是一種高真空泵，通過高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片將氣體分子從進(jìn)氣口定向抽向排氣口，通常與前級(jí)泵（如旋片泵）聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)10?11~10?1 Pa（超高真空至中真空）的壓力范圍。其特點(diǎn)是無(wú)油污染、抽速快，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、科研、鍍膜等領(lǐng)域。
1. 結(jié)構(gòu)與工作原理
（1）核心組件
轉(zhuǎn)子葉片：多級(jí)鋁合金或鈦合金渦輪葉片（轉(zhuǎn)速約20,000~90,000 RPM）。
定子葉片：與轉(zhuǎn)子交錯(cuò)排列，形成氣體通道。
電機(jī)：高頻交流電機(jī)或磁懸浮軸承電機(jī)（避免機(jī)械磨損）。
排氣口：連接前級(jí)泵（如旋片泵），排出壓縮后的氣體。
（2）工作原理
動(dòng)量傳遞：高速旋轉(zhuǎn)的葉片撞擊氣體分子，使其向下級(jí)運(yùn)動(dòng)（分子流態(tài)下有效）。
壓縮比：每級(jí)葉片對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，最終由前級(jí)泵排至大氣。
工作壓力范圍：依賴分子流狀態(tài)（需氣體分子平均自由程＞葉片間距）。
注：渦輪分子泵在分子流態(tài)（壓力＜10?1 Pa）下效率高，需避免大氣壓下啟動(dòng)（會(huì)過熱損壞）。
2. 關(guān)鍵性能參數(shù)
| 參數(shù) | 說明 |
|---|---|
| 極限真空 | 可達(dá)10?11 Pa（磁懸浮泵），常規(guī)泵10??~10?? Pa。 |
| 抽速（Speed） | 單位：L/s 或 m3/h，與氣體種類有關(guān)（如對(duì)N?抽速＞對(duì)H?）。 |
| 壓縮比 | 對(duì)重氣體（如Ar）可達(dá)10?，輕氣體（如H?）較低（約103）。 |
| 轉(zhuǎn)速 | 通常30,000~60,000 RPM，磁懸浮泵可達(dá)90,000 RPM。 |
| 啟動(dòng)時(shí)間 | 從啟動(dòng)至全速需2~10分鐘（磁懸浮泵更快）。 |
3. 渦輪分子泵 vs. 其他真空泵
| 泵類型 | 壓力范圍（Pa） | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
|---|---|---|---|
| 渦輪分子泵 | 10?11~10?1 | 無(wú)油污染、抽速高 | 價(jià)格高、需前級(jí)泵 |
| 擴(kuò)散泵 | 10??~10?2 | 耐粉塵、成本低 | 需油蒸氣、維護(hù)復(fù)雜 |
| 離子泵 | 10?12~10?? | 無(wú)振動(dòng)、極限真空高 | 抽速低、僅適用于潔凈環(huán)境 |
| 低溫泵 | 10?12~10?3 | 無(wú)振動(dòng)、抽速極大 | 需液氦/制冷機(jī)、成本高 |
4. 典型應(yīng)用
半導(dǎo)體制造：晶圓刻蝕、離子注入設(shè)備的超高真空環(huán)境。
科研儀器：電子顯微鏡（TEM）、粒子加速器、質(zhì)譜儀。
光學(xué)鍍膜：制備高純度薄膜（如AR鍍膜）。
航天模擬：太空環(huán)境模擬艙的抽氣系統(tǒng)。
5. 選型與使用注意事項(xiàng)
（1）選型要點(diǎn)
抽速匹配：根據(jù)腔體體積和所需真空度計(jì)算（如100 L腔體抽至10?? Pa需抽速≥50 L/s）。
氣體類型：輕氣體（H?、He）需選擇高壓縮比型號(hào)。
軸承類型：
機(jī)械軸承：成本低，壽命約3~5年。
磁懸浮軸承：無(wú)磨損，壽命長(zhǎng)，但價(jià)格高。
兼容性：避免腐蝕性氣體（如Cl?、HF）或粉塵環(huán)境。
（2）操作與維護(hù)
啟動(dòng)順序：先開前級(jí)泵（至10?1 Pa以下），再啟動(dòng)渦輪泵。
停機(jī)保護(hù)：停機(jī)前繼續(xù)抽氣至低溫（防止軸承油蒸氣反流）。
防振動(dòng)：安裝時(shí)需減震底座，避免影響精密設(shè)備。
定期保養(yǎng)：檢查軸承狀態(tài)、清潔進(jìn)氣口濾網(wǎng)（若配置）。
