鈦升華泵

考新鮮鈦膜的化學的吸附作用抽氣的真空漿泵。

鈦升華泵

正文

定義

靠新鮮鈦膜的化學吸附作用抽氣的真空泵。這種泵具有結構簡單、抽速大、無油污染、抗輻射和無振動噪聲等特點,啟動壓力為1～10-2帕，工作壓力範圍為10-2～10-8帕,是獲得無油超高真空的重要真空泵。鈦升華泵在電子器件、高能加速器、可控熱核反應裝置和空間模擬裝置，以及表面物理試驗等方面都得到廣泛的套用。

結構

鈦升華泵主要由泵體和升華器組成(圖1)。泵體材料為不鏽鋼。泵體採用水或液氮冷卻。泵體高度與泵口直徑之比一般為1～2，水冷卻取大值，液氮冷卻取小值。依使用的鈦材形狀和加熱方式不同，升華器有多種結構形式。圖2a、 b分別是純鈦絲和鈦鉬合金絲直接通電加熱的升華器。這兩種升華器的結構簡單，成本低；但鈦升華率或蒸發率（指單位時間內單位面積升華的量）低，利用率也很低（約為40％）。圖2c是輻射加熱的鈦球升華器。它由薄殼鈦球和內部的鎢絲加熱器組成。這種升華器升華率大、利用率高（約達70％）。在大型泵里裝有幾個鈦球,平均升華率可達2.5克／時，抽氣速率達數十立方米每秒。此外，還有電子轟擊加熱鈦片升華器和鈦棒升華器等。

鈦升華泵

鈦升華泵

工作原理　鈦升華泵的抽氣機理是化學吸附。升華器升華的鈦沉積在冷的泵體壁面上，形成新鮮的鈦膜，對氮、氧和一氧化碳等活性氣體有比較強烈的吸附作用（見表），並形成氮化鈦、碳化鈦和氧化鈦等穩定的化合物，但對惰性氣體和甲烷幾乎不吸附。鈦膜吸附氣體只能是單分子層的，在已吸附氣體分子的位置上不能再吸附氣體。因此，鈦升華器必須不斷地升華，使泵體壁面上不斷地沉積新的鈦膜，才能達到連續抽氣的目的。 為了克服鈦升華泵吸附惰性氣體差的缺點，通常把它與濺射離子泵（見吸氣劑離子泵）配合使用或組合成複合鈦泵，這樣就可發揮各自的長處。鈦升華泵的抽氣速率大，離子泵能抽惰性氣體和甲烷，可獲得更低的極限壓力。如先用能抽惰性氣體氬和活性氣體的分子篩吸附泵作為預真空泵，用這3種泵組成機組,抽氣時無油污染、無振動噪聲，是獲得無油超高真空的重要方法。

影響性能的因素

鈦升華泵的抽氣速率與被抽氣體的種類及其壓力、鈦的升華率、鈦膜面積和鈦膜溫度等因素有關。在壓力高時，泵的抽速決定於升華率。為獲得大的抽氣速率，壓力越高升華率應越大，但在低壓力下太大的升華率是不必要的。在 10-7帕壓力時的升華率只有10-3帕時的1％即可。在超高真空時常採用斷續升華，如10-8帕時每隔幾小時才升華1分鐘。經徹底烘烤去氣的泵，用水或液氮冷卻對極限壓力的影響不大，但對抽氣速率的影響很大。液氮冷卻的抽氣速率一般比水冷卻的大1～4倍。

使用要求

啟動鈦升華泵需要1～10-2帕的預真空，同時進行烘烤去（泵每次暴露於大氣壓後都要進行烘烤去氣）。烘烤去氣是獲得超高真空的必要條件。泵經徹底烘烤去氣後，可以獲得低的極限壓力和縮短達到極限壓力的抽氣時間,還能使泵壁更清潔,沉積的鈦膜不易脫落和避免放氣等。一般以300～400℃溫度烘烤12～24小時。泵啟動後泵壁不宜馬上冷卻，應讓升華的鈦在其上沉積幾分鐘後再冷卻，這樣鈦膜就不易脫落。

配圖

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