真空系统的组成与设计概述之组合超高真空系统

　　在系统操作时,应注意在系统中正确地使用钛升华泵。一般应该随着系统真空度的变化采用不同的钛升华率和工作周期,以达到节约钛的消耗量,延长钛升华器使用寿命的目的。
　　涡轮分子泵的单位体积抽速小,对不同种类气体具有不同的压缩比,因而对被抽气体有一定的选择性。但其在一定的压力范围内具有恒定的抽速,并且钛升华泵结构简单、造价低、单位体积的抽速大,特别是对活性气体的比抽速大。其缺点是对惰性气体抽速小。因此这些泵单独组成的真空系统,由于泵本身的缺点,限制了系统极限真空度的提高和抽速的增加。经验表明,采用两种类型的真空泵组合成无油超高真空系统,有助于扬长避短,可有效地提高真空系统的真空度和抽速及降低真空系统的投资成本。采用涡轮分子泵和钛升华泵组合系统的优点如下:
　　(1)系统的极限真空度有所提高。两泵组合使用后系统的极限真空度有所提高,在不烘烤的情况下也可以提高一个数量级以上,而且系统进入高真空的时间短,故特别适用于不允许烘烤而工作周期短的无油真空系统。通过烘烤除气后,该系统最终能达到10-9Pa的真空度,可以用于极限真空度高的无油真空系统中。另外,分子泵-钛升华泵系统的使用与维护方便,成本低廉。
　　(2)抽速增加。该系统对空气、氮气、氢气的抽速大于该系统两泵单独抽速相加。抽速的增加可以解释为气体中的惰性气体被分子泵排走,而且质量越大,排走的几率也越大,这样钛升华泵内钛膜被惰性气体占去的空位几率少,能充分发挥钛升华泵钛膜的有效吸气作用。钛膜对如氩这样的惰性气体的吸气能力较低,惰性气体主要由分子泵来抽除。注意不要用该系统排除纯惰性气体或含惰性气体多的气体。该组合系统的适用性强,对提高真空系统的性能和降低成本是大为有利的。
　　图1-26所示为一台用于电真空器件排气的分子泵-锆铝吸气泵组合真空系统。
　　图1-26分子泵-锆铝吸气泵真空系统
　　采用锆铝吸气泵与溅射离子泵或分子泵结合,可以减少溅射离子泵或分子泵中氢的负载,构成比较理想的超高真空系统。由于涡轮分子泵对氢的压缩比最小,所以分子泵系统中的残余气体主要是氢,分子泵的极限压力主要取决于氢气的分压力。选用抽氢效率高的锆铝吸气泵作为辅助泵与分子泵匹配,是分子泵真空系统获得超高真空简便、易行的措施。例如,对于较大的真空容器或电真空器件排气台,为获得10-8Pa以上的超高真空度,较好的真空泵组合方式是涡轮分子泵-锆铝吸气泵。在系统中利用涡轮分子泵作主抽泵,用锆铝吸气剂或锆铝吸气泵作为辅助抽气泵可以获得10-11Pa的极高真空,这也是现阶段大型系统获得极高真空的比较经济的方式。
　　分子泵可以在较宽的压力范围内工作,有比较恒定的抽速,可以有效地抽除惰性气体与碳氢化合物,对活性气体分子也有很好的抽除作用。而锆铝16合金是一种新型的非蒸散型吸气剂,所以锆铝吸气泵对H2、N2、CO2、CO、O2、H2O等气体有很高的抽速,从而保证分子泵-锆铝吸气泵组合的真空系统清洁无油,改善了真空室中本底环境的质量。
　　实验结果表明,在系统接近极限压力时,锆铝吸气泵采用较低的工作温度,可以更有效地抽除残余的氢,提高系统的极限真空度。由于分子泵、铬铝吸气泵以各自独特的抽气性能与方式取长补短,所以组合真空系统并不一定需要进行严格的烘烤,即可在较短的时间内获得超高真空。由于分子泵-锆铝吸气泵抽气系统结构简单,操作方便,因此用分子泵-锆铝吸气泵获得超高真空是一种良好的组合方式。