爪式泵的結(jié)構(gòu)及特點
爪式泵的整機型式分為立式和臥式兩種。臥式結(jié)構(gòu)以英國愛德華公司開發(fā)的一級羅茨轉(zhuǎn)子加上三級爪形轉(zhuǎn)子的 DP80 型機械真空泵為代表 ( 見圖 29) 。羅茨轉(zhuǎn)子為高真空吸氣級，爪形轉(zhuǎn)子為壓縮排氣級，這樣安排可以在低入口壓力下得到大抽氣速率。其極限壓力可達 1Pa 以下。
圖29：DP80 型臥式機械真空泵結(jié)構(gòu)示意圖
這種結(jié)構(gòu)的泵特點是整機重心低，各級轉(zhuǎn)子與隔板之間的間隙易于調(diào)整。為了在低壓下獲得較大抽速，泵的羅茨吸氣級要做得比爪形排氣級大 50 %。為了避免泵在粗抽期間產(chǎn)生組間“過壓”，在羅茨及中間爪型級之間設(shè)有較大的傳輸空間作為壓力緩沖空間。另外還可以安裝級間過壓安全閥以保證工作可靠。為了有助于抽除水蒸汽，在泵的排氣級設(shè)置了氣鎮(zhèn)閥。泵的傳動型式與羅茨真空泵相同。
立式結(jié)構(gòu)爪式真空泵是由德國萊寶公司首先開發(fā)制造的。圖 30 為立式結(jié)構(gòu)爪式泵結(jié)構(gòu)簡圖。
圖30：立式結(jié)構(gòu)爪式泵結(jié)構(gòu)簡圖
圖 30 所示為四級爪形轉(zhuǎn)子串聯(lián)結(jié)構(gòu)。泵的轉(zhuǎn)子軸及電機均為豎直安裝，泵進氣口在上面，排氣口在泵下部，泵殼帶有水冷套，以降低泵軸承及軸封處的溫度。第一級泵腔為吸氣級，其吸氣容積比后面三級要大，形成級間壓縮。四對轉(zhuǎn)子裝在二根平行軸上，軸由上下兩端軸承支承，電動機倒立安裝，經(jīng)過渡齒輪將動力傳遞到轉(zhuǎn)子軸上，轉(zhuǎn)子軸由一對同步時限齒輪帶動及調(diào)整和固定轉(zhuǎn)子的相位。
泵腔級與級之間有隔板，隔板上有級間氣體通道。氣體的進氣口和排氣口均開在隔板端面上，分別由兩個轉(zhuǎn)子端面定時開閉，具有閥門調(diào)節(jié)作用。當泵腔的一部分正在壓縮氣體和排氣時，另一部分則打開入口，吸入氣體。每一級都是氣體入口在上，出口在下，與臥式泵比較，這種氣流傳輸路線及泵結(jié)構(gòu)是有利于抽除含有灰塵和帶有懸浮微粒的氣體，而且軸向返流小。
當泵在某些生成微粒量很大，甚至反應(yīng)生成腐蝕性氣體的生產(chǎn)工藝中使用時 ( 如 PCVD 工藝中多晶硅膜的制備和半導(dǎo)體刻蝕等 ) ，可以通過向泵內(nèi)引入清洗氣體的辦法解決此類工藝過程的抽氣問題。引入的氣體通常為惰性氣體 ( 例氮氣 ) 。為了使被抽除氣體中的微粒在泵內(nèi)傳輸過程中保持懸浮狀態(tài)和防止它們在泵腔內(nèi)沉積，則引入的清洗氣體的速率 Vgas 必須遠大于微粒的最大自由落體速率 Vterm 。
這樣，引入氣體必須在泵腔內(nèi)的吸入氣體開始被壓縮以前進入，另外引入的氣體量應(yīng)該足夠大，以使 Vgas 明顯大于 Vterm 。這意味著應(yīng)該在不同級分別引入氣體，而且氣體的引入流量必須與各級的壓力比正比，即引入氣體流量應(yīng)逐級增加。一般清洗氣體入口開在各級泵腔端面的排氣轉(zhuǎn)子一側(cè)，其入口位置應(yīng)能由排氣側(cè)轉(zhuǎn)子控制，即可由排氣側(cè)轉(zhuǎn)子進行時控。這樣可以減少泵內(nèi)部級間返流，而且也減小了對吸入側(cè)的影響。
利用上述摻氣原理，爪式泵可在化學(xué)工業(yè)、蒸餾、干燥工藝等生產(chǎn)過程中應(yīng)用。例在某些 CVD 過程中反應(yīng)出現(xiàn)的易燃易爆氣體可以用這種方法來抽除。通過引入惰性氣體 ( 通常為 N2 氣 ) 可以將反應(yīng)氣體的濃度降到可燃性限制值以下。
當用爪式泵抽除含化學(xué)溶劑蒸汽或氣體液體混合物時，可在泵排氣口設(shè)置氣體冷卻冷凝器，被壓縮和加熱的工藝氣體通過排氣通道進入氣體冷卻冷凝器內(nèi)，其中的化學(xué)溶劑或液體被冷凝回收，冷卻后的氣體大部分被排放掉，少量所需要的處于排氣壓力下的冷卻氣體被泵重新回抽入泵腔壓縮級，而位于泵腔排氣級側(cè)的冷卻氣體入口在壓縮腔的容積減小過程開始前被打開，冷卻氣體連續(xù)流入壓縮腔內(nèi)與先前吸入的工藝氣體混合直至達到排氣壓力。
只有此過程完成后，轉(zhuǎn)子才將排氣口打開，將混合氣體排到氣體冷卻冷凝器中，進行下一次循環(huán)。為防止由于泵腔內(nèi)進入冷卻氣體而增加泵抽除的工藝氣體總量，將泵與氣體冷卻冷凝器形成閉循環(huán)的冷卻回路，泵從過程中將所需要量的冷卻氣體從冷卻冷凝器的末端回抽入壓縮腔。
在以上抽氣過程中，氣體的壓縮作用主要不是由減小泵腔的容積而是由通入冷卻氣體來完成的，這樣可保證在某些工藝過程中產(chǎn)生的液氣混合物或蒸汽在泵的工作條件下被抽除。
德國萊寶公司對于半導(dǎo)體制造工藝所用的爪式泵，從工作安全和使用方便考慮配置了工作參量監(jiān)測與控制系統(tǒng)。泵在工作中的所有相關(guān)的參量，如溫度、壓力、氣體流量等均由儀表監(jiān)控并設(shè) CPU 接口，可采用微機控制。
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