真空技術的突破——分子增壓泵發明人儲繼國教授

2009-12-16 余鵬 中國發明與專利

殊遇難解 真空領域結深緣

  儲繼國,深圳大學教授,1968年畢業于復旦大學真空物理專業。還只是一位大學本科生時,儲繼國教授就已經與分子泵結下了不解之緣。當時,分子泵問世不久,該泵奇特的結構、優異的性能、昂貴的價格引起了他極大的興趣。但是,當觸及到分子泵理論時,他卻詫異地發現分子泵發明人貝克爾博士(德國BALZERS公司)創立的理論“看不懂”。用儲教授的話說,“我遇到過不少自己解決不了的難題,但很少發生看不懂別人已經解決的問題的情況”。于是,他開始關注起“分子泵”這個課題。

  1978年,作為文革后的第一批研究生,在學位論文選題時,他選擇了分子泵,從此跟隨著指導老師華中一教授(曾任中國真空學會理事長、復旦大學校長),開始了對分子泵理論進行深入研究的歷程,沒想到這一開始,就是整整30年的光陰。

  理論研究還算順利。用了半年多時間,儲教授就發現了貝克爾理論中存在的原則性錯誤。他運用統計物理學方法,創立了“The statisticaltheory of turbo-molecular pumps”(渦輪分子泵的統計理論),闡明了渦輪分子泵的工作原理,揭示了渦輪分子泵和牽引分子泵是兩種工作機理完全不同的真空泵,并指明了牽引分子泵(分子增壓泵屬于該泵種)將是未來真空技術的主要發展方向。該理論在美國《Journal of Vacuum Science &Technology(真空科學與技術雜志)》(真空科技領域最具影響力的期刊)上發表后,沒想到竟然引起了貝克爾博士的高度關注,他不僅肯定了儲教授對自己理論的修正,還特意派人向儲教授轉達了他的謝意。

此途亦艱 斬荊奪隘破難關

  從渦輪分子泵統計理論發表開始,研制世界上性能最好的分子泵成了儲教授畢生追求的目標。理論往往先于實踐并指導實踐。之后的10年中,儲教授又先后創立了“渦輪分子泵的微分網絡理論”和“牽引分子泵的自泄漏理論”,構建成功了完整的分子泵理論體系,不僅為分子泵的定量設計提供了平臺,也為我國在分子泵領域的研究工作長期處于國際領先地位提供了堅實的基礎。1988年,他根據理論研究的結果,研制成功了世界上第一臺達到產品水平的復合分子泵,引領了20世紀90年代國際真空產業界的復合分子泵熱潮,同時,也驗證了他從事的研究工作的重要價值。1992年,他發明徑流式寬程真空泵(分子增壓泵的原型),該項成果被我國真空界資深專家譽為“一旦實現產業化,將是真空獲得技術的突破”。國際知名廠商BALZERS(德)、VARIAN(美)、ALCATEL(法)、EDWARDS(英)等對此項成果都給予了充分肯定。1999年,儲教授改進、完善了該泵的結構和制造工藝,研制成功雙重拖動分子泵(即分子增壓泵的原型樣機)。雙重拖動分子泵剛一現身,即入選了首屆中國國際高新技術成果交易會,并被作為重點項目加以推介,國內外幾十家廠商對合作開發該項成果表示出濃厚興趣,但由于制造工藝上的困難,未能實現產業化。2006年,儲教授和深圳市摩爾真空技術有限公司合作,終于攻克制造工藝難關,研制出第一臺分子增壓泵產品樣機。該泵的問世成為盛舉,并開創了多項世界第一:世界上第一臺兼有中、高真空雙重性能的新一代分子泵。世界上能耗最低的中、高真空泵。世界上首次在采用油封式前級泵的設備中獲得低成本的清潔中、高真空。……10年理論探索, 10年精心研制,10年實現產業化,30年的經歷刻錄了儲教授在研制分子泵道路上的艱辛歷程。

B200D分子增壓泵 分子增壓泵的轉子

B200D分子增壓泵  分子增壓泵的轉子  傳統分子泵的渦輪轉子

敢為人先 創新路一身是膽

  目前,世界上中、高真空泵主要由羅茨泵擴散泵分子泵3大類組成。我國對真空泵的需求呈現逐年遞增的趨勢,2008年,我國羅茨泵、擴散泵和分子泵的銷售量合計為1.2萬臺。

分子增壓泵測試現場照片 

分子增壓泵測試現場照片

  2008年,第十屆中國國際高新技術成果交易會上,分子增壓泵憑借著顯著的節能效果、極其清潔的真空質量、顯著的經濟效益等優點,獲得了第十屆中國國際高新技術成果交易會“優秀產品獎”。儲繼國教授攜手分子增壓泵跨入了國際主流行列,成就令人矚目。分子增壓泵的推廣應用不僅具有可觀的市場前景,同時帶來的巨大社會效益也是難以估量的。分子增壓泵現已成功用于十余個不同的真空用領域,取得了顯著降低能耗、大幅度提高產品質量、顯著提高經濟效益的優異成績。

  在節能方面, 分子增壓泵能耗極低,僅為羅茨泵的15%、擴散泵的20%、分子泵的50%!按我國在用羅茨泵、擴散泵和分子泵10萬臺,平均每臺節能3kW計算,分子增壓泵全面推廣后,年節電達30億度。其中,僅大型蒸發鍍膜設備,全國在用設備約5000套,這些設備若全部改造,年節電將超過10億度!清潔真空(即無油蒸汽污染的真空)是真空質量的最高境界,儲教授的分子增壓泵正是向該境界沖擊取得的碩果。