玻璃制擴散泵真空系統

2008-12-04 宋長安 蘭州大學物理科學與技術學院

        獲得真空用真空泵。真空泵按工作條件的不同分為兩類: 能夠在大氣壓下工作的真空泵稱為初級泵(如機械泵),用來產生預備真空, 需要在預備條件下才能工作的真空泵稱為次級泵(玻璃擴散泵),次級泵用來進一步提高真空度,獲得高真空。

       真空分段: ① 粗真空760 ~10 Pa;② 低真空10 ~10- 2 Pa; ③ 中真空10- 2 ~10- 4 Pa; ④ 高真空10-4~10-7Pa;⑤超高真空10- 12~10- 14 Pa;玻璃擴散泵其結構圖1 所示, 擴散泵是高真空泵, 當機械泵的極限真空度不能滿足要求時,通常加擴散泵來獲得高真空。這種泵不能從通常氣壓下開始工作,只能在低于1 Pa 氣壓下才能工作。因此,必須與初級泵串聯使用。

       擴散泵的液體油有多種, 目前廣泛使用的是3 號擴散泵油( 20℃時飽和汽壓為1.3×10- 6 Pa)沸點375℃ 和275 號硅油( 20℃ 時飽和汽壓為1.3×10- 8 Pa) 沸點430℃。擴散泵開始工作之前, 必須先開動機械泵抽氣, 達到預備真空時( 約1.3 Pa) , 便可以使用電爐對擴散泵蒸發器中的油進行加熱, 約25~35 min的時間, 便可觀察到, 擴散泵油開始沸騰, 油蒸汽開始順向每一級噴口定向噴發, 形成射流。當硅油加熱至沸騰時430℃, 便產生大量油蒸汽, 蒸汽經過導管由各級噴嘴高速噴出, 此時, 由于來自被抽容器的氣體不斷向蒸汽流中擴散,( 便稱擴散泵) 便被帶到下方傘形帽噴發的射流, 這股射流的壓強大于上一級射流, 氣體分子進入下一級射流, 這一級壓強又大于上一級射流, 而油蒸汽被冷凝水套凝結, 沿著管壁經過回油管流回蒸發器, 被帶到下方的氣體則由機械泵以每秒4 升的速率抽走, 20 min 后可達到擴散泵的極限真空度。這些工作狀態, 只有透過玻璃很容易觀察到,擴散、噴發和冷凝的過程, 這也是擴散泵名稱的由來, 這些工作狀態金屬擴散泵是無法觀察到的。

油擴散泵

使用擴散泵時必須注意:

      ① 與擴散泵配合的機械泵, 它的抽氣速率必須保證及時排走擴散泵內部所排出的氣體。

     ② 擴散泵工作時冷卻水必須暢通, 否則會使冷凝水套中的水溫過高, 油蒸汽不能很好的凝結, 以致部分蒸汽要沖向被抽容器, 影響泵的抽氣速率和極限真空度。

     ③ 加熱電爐的功率大小也是影響泵的抽氣速率, 所以應選擇適合的電爐。