冷凝泵的內部構造特點
由于低溫冷凝泵具有無油, 對所有氣體的抽速都較大, 特別是對水蒸汽、H2等抽速很大, 適應性強, 制冷機低速運行, 且運動部件很少, 有利于長期可靠運行等優點, 因而, 被廣泛應用于IC生產工藝中的蒸發、濺射、離子注入、分子束外延以及其它諸如高能粒子加速器、受控熱核反應、電真空器件、材料科學、表面分析儀器等領域,以此來獲得清潔的高真空或超高真空。
現以CTITorr28冷凝泵為例,簡要闡述冷凝泵的內部構造特點、工作原理以及維護保養方面的要點。
冷凝泵的內部構造見圖1所示。
1、導流板
材料: 無氧銅; 溫度:80K(一級冷頭溫度); 結構:人字紋形,百葉窗形。
主要用來凝縮排除水蒸氣(H2O)、有機物(CO2) 等的氣體分子, 并用來防止熱輻射直接進入輻射罩。通常, 在80K溫度下,入射水分子的溫度即使在室溫, 凝縮系數也接近于1。因此, 水分子幾乎全部被凝縮, 所以, 冷凝泵對水的排除是最理想的。
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。外側為了反射熱輻射, 實施了反射率很高的鎳噴涂; 內側為了阻擋熱輻射反射到冷板, 實施了能吸收輻射能的黑化處理涂層。
3、冷板
材料: 無氧銅; 溫度: 15K(二級冷頭溫度) ;結構: 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,而到達其內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,被位與其內表面的活性炭所吸附。
4、溫度計
結構: ① H2蒸汽壓溫度計: 依據H2在不同溫度時其飽和蒸汽壓不同來進行測量轉換(目前一般采用此種形式) ; ② 半導體溫度計: 熱敏二極管。
5、一級冷頭
材料: 無氧銅; 溫度:70～100K,通常80K。主要用來凝縮水蒸汽。
6、二級冷頭
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。
7、冷凍機
目前, 冷凝泵中所使用的冷凍機有以下三種形式。
① G-M循環冷凍機: 最早被用于冷凝泵中的小型極低溫冷凍機, 它是根據Gifford和Mcmahon而發明研制, 具有很高可靠性、極低溫度的冷凍機。如今也使用的很廣泛。
②Modified Solvay循環冷凍機: 嚴格地說, 在熱力學上與G-M循環不一樣, 但在實際上也可以看作是用在氣壓驅動機構上的G-M 循環冷凍機。
③ Sterling 循環冷凍機:是容壓縮和膨脹為一體的冷凍機, 在冷凝泵中一般作為最大型機種來使用, 但目前基本上不使用。
8、活塞連桿
材料: 黃色夾布膠木。
9、蓄冷器
9. 1、一級蓄冷器 材料: 黃銅網
9. 2、二級蓄冷器 材料: 鉛丸。
其作用為: ①當活塞桿往上死點運動中(膨脹室容積逐漸增大),高壓ö進氣閥打開,蓄冷器冷卻進入膨脹室He氣。②當活塞桿往下死點運動中(膨脹室容積逐漸減小),低壓/排氣閥打開,蓄冷器儲備冷量,冷凍冷頭。
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