冷凝泵的內(nèi)部構(gòu)造、工作原理及其維護(hù)保養(yǎng)

　　由于低溫冷凝泵具有無油, 對(duì)所有氣體的抽速都較大, 特別是對(duì)水蒸汽、H2 等抽速很大, 適應(yīng)性強(qiáng), 制冷機(jī)低速運(yùn)行, 且運(yùn)動(dòng)部件很少, 有利于長期可靠運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn), 因而, 被廣泛應(yīng)用于IC生產(chǎn)工藝中的蒸發(fā)、濺射、離子注入、分子束外延以及其它諸如高能粒子加速器、受控?zé)岷朔磻?yīng)、電真空器件、材料科學(xué)、表面分析儀器等領(lǐng)域, 以此來獲得清潔的高真空或超高真空。

　　現(xiàn)以CTI Torr-8冷凝泵為例, 簡要闡述冷凝泵的內(nèi)部構(gòu)造特點(diǎn)、工作原理以及維護(hù)保養(yǎng)方面的要點(diǎn)。

1、冷凝泵的內(nèi)部構(gòu)造

　　見圖1、圖2 所示。

1.1、導(dǎo)流板

　　材料: 無氧銅; 溫度: 80K (一級(jí)冷頭溫度) ; 結(jié)構(gòu): 人字紋形, 百葉窗形。主要用來凝縮排除水蒸氣(H₂O )、有機(jī)物(CO₂) 等的氣體分子, 并用來防止熱輻射直接進(jìn)入輻射罩。通常, 在80K溫度下, 入射水分子的溫度即使在室溫, 凝縮系數(shù)也接近于1。因此, 水分子幾乎全部被凝縮, 所以, 冷凝泵對(duì)水的排除是最理想的。

圖1　冷凝泵內(nèi)部構(gòu)造

1.2、輻射罩

　　材料: 無氧銅; 溫度: 80K。輻射罩包裹著冷頭,是為了阻擋外來的熱輻射。外側(cè)為了反射熱輻射, 實(shí)施了反射率很高的鎳噴涂; 內(nèi)側(cè)為了阻擋熱輻射反射到冷板, 實(shí)施了能吸收輻射能的黑化處理涂層。

1.3、冷板

　　材料: 無氧銅; 溫度: 15K(二級(jí)冷頭溫度) ; 結(jié)構(gòu): 9片柱形, 5片錐形。冷板從功能上分為外表面冷凝排除氣體部分和內(nèi)表面活性炭吸附排除氣體部分。O₂、N₂、Ar等凝縮性氣體分子的絕大部分被擋在冷板外表面, 并在其表面凝縮, 而到達(dá)其內(nèi)表面活性炭的氣體分子則極少。H₂分子在冷板外表面不被凝縮而被反射, 從而, 被位與其內(nèi)表面的活性炭所吸附。

1.4、溫度計(jì)

　　結(jié)構(gòu): ① H₂蒸汽壓溫度計(jì): 依據(jù)H2在不同溫度時(shí)其飽和蒸汽壓不同來進(jìn)行測量轉(zhuǎn)換(目前一般采用此種形式) ; ② 半導(dǎo)體溫度計(jì): 熱敏二極管。

1.5、一級(jí)冷頭

　　材料: 無氧銅; 溫度: 70～100K, 通常80K。主要用來凝縮水蒸汽。

1.6、二級(jí)冷頭

　　材料: 無氧銅; 溫度: 10～20K, 通常15～20K。主要用來凝縮N₂、O₂、Ar、CO₂等飽和蒸汽壓高的氣體。

1.7、冷凍機(jī)

　　目前, 冷凝泵中所使用的冷凍機(jī)有以下三種形式。

　　① G-M循環(huán)冷凍機(jī): 最早被用于冷凝泵中的小型極低溫冷凍機(jī), 它是根據(jù)Gifford和Mcmahon而發(fā)明研制, 具有很高可靠性、極低溫度的冷凍機(jī)。如今也使用的很廣泛。

　�、贛odified Solvay循環(huán)冷凍機(jī): 嚴(yán)格地說, 在熱力學(xué)上與G-M循環(huán)不一樣, 但在實(shí)際上也可以看作是用在氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的G-M循環(huán)冷凍機(jī)。

　�、� Sterling循環(huán)冷凍機(jī): 是容壓縮和膨脹為一體的冷凍機(jī), 在冷凝泵中一般作為最大型機(jī)種來使用, 但目前基本上不使用。

1.8、活塞連桿

　　材料: 黃色夾布膠木。

1.9、蓄冷器

1.9.1、一級(jí)蓄冷器　材料: 黃銅網(wǎng)

1.9.2、二級(jí)蓄冷器　材料: 鉛丸。

　　其作用為: ① 當(dāng)活塞桿往上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中(膨脹室容積逐漸增大),高壓/進(jìn)氣閥打開,蓄冷器冷卻進(jìn)入膨脹室He氣。②當(dāng)活塞桿往下死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中(膨脹室容積逐漸減小),低壓/排氣閥打開,蓄冷器儲(chǔ)備冷量,冷凍冷頭。