冷凝泵的內(nèi)部構(gòu)造特點(diǎn)
由于低溫冷凝泵具有無(wú)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(zhǎng)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(lái)獲得清潔的高真空或超高真空。
現(xiàn)以CTITorr28冷凝泵為例,簡(jiǎn)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)。
冷凝泵的內(nèi)部構(gòu)造見(jiàn)圖1所示。
1、導(dǎo)流板
材料: 無(wú)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(lái)凝縮排除水蒸氣(H2O)、有機(jī)物(CO2) 等的氣體分子, 并用來(lái)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。
2、輻射罩
材料: 無(wú)氧銅; 溫度:80K。輻射罩包裹著冷頭,是為了阻擋外來(lái)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。
3、冷板
材料: 無(wú)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。
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(lái)進(jìn)行測(cè)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。
5、一級(jí)冷頭
材料: 無(wú)氧銅; 溫度:70～100K,通常80K。主要用來(lái)凝縮水蒸汽。
6、二級(jí)冷頭
材料: 無(wú)氧銅; 溫度: 10～20K, 通常15～20K。主要用來(lái)凝縮N2、O2、Ar、CO2等飽和蒸汽壓高的氣體。
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。
②Modified Solvay循環(huán)冷凍機(jī): 嚴(yán)格地說(shuō), 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)。
③ 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(lái)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(jí)蓄冷器 材料: 黃銅網(wǎng)
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ö進(jìn)氣閥打開(kāi),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(kāi),蓄冷器儲(chǔ)備冷量,冷凍冷頭。
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