鍍膜設備真空系統主泵的配置

真空系統是真空鍍膜設備的主要組成部分，其主泵的選擇對真空性能影響很大，真空鍍膜設備的發展要求真空性能清潔無油，動態抽速大.傳統的以油擴散泵為主泵的設備不能滿足要求,本文敘述了油擴散泵、分子泵及低溫泵的特點及北京北儀創新真空技術有限責任公司開發以分子泵及低溫泵為真空系統主泵的鍍膜設備情況。

　　真空系統是真空鍍膜設備不可缺少的重要組成部分。常用的高真空系統結構形式, 一般由主泵及前級泵串聯, 加上閥門、管道及真空測量儀表組成. 按所選的主泵不同分為有油真空系統和無油真空系統。

1、有油真空系統

　　有油高真空系統一般以油擴散泵為主泵。前級泵為機械泵或機械泵＋羅茨泵。

　　眾所周知, 油擴散泵的工作壓力范圍為(10- 1～10- 6) Pa。抽氣速率大,可從每秒幾升到每秒十幾萬升。在(10- 2～10- 4) Pa 范圍具有穩定的抽速,結構簡單,無機械傳動,無摩擦,工作可靠,無振動,無噪音。壽命長,維護簡單,投資費用低。主要缺點是油蒸汽易返流到真空室中, 形成污染源。采用擋油帽和障板及冷阱等措施可以降低返油率,但不能根除。仍會有一部分油蒸氣返流,而且也降低了泵的抽氣速率。此外油擴散泵使用時能耗大,運行費用高。啟動慢,停泵時間長,特別是大規格泵。

2、無油真空系統

　　當前以分子泵和低溫泵作主泵的無油真空系統在真空鍍膜設備中廣泛使用。

2.1、以分子泵為主泵的真空系統的特點

　　分子泵是靠高速運動的剛體表面來攜帶氣體分子實現抽氣的真空泵. 能連續大量抽氣?？梢垣@得清潔無油的高真空和超高真空。啟動、停泵時間短,但抽重氣體比抽輕氣體快,對水蒸汽抽速慢,渦輪分子泵在分子流領域抽氣效率高,但當氣體大量流過泵時,抽速就下降。在1 Pa 以上壓力范圍工作抽速降低很多, 這對使用不利。將渦輪分子泵的高壓強側配置了螺旋槽式牽引分子泵, 使兩種泵的抽氣單元串聯組成一整體。形成的寬域型復合分子泵, 這種泵在壓力低于10 Pa以下抽速保持不變。高壓強范圍有較大抽速。彌補了渦輪分子泵的不足。

2.2、以低溫泵為主泵的真空系統的特點

　　低溫泵是氣體捕集型泵.是利用低溫表面冷凝、吸附和捕集氣體來獲得和保持真空的設備。正常工作時不需前級泵.起始壓力高,工作壓力范圍寬(1～10- 8 ）Pa?？梢猿槌鞣N氣體。但不能連續抽氣, 每隔一定時間需進行再生。與同口徑其他泵比較, 抽速大, 特別是對水蒸汽有很高的抽速, 相當于同口徑分子泵的四倍。所以使被抽容器內水蒸汽分壓低, 從而獲得清潔的無碳氫化合物的高真空和超高真空。泵內無運動部件, 無振動,無噪音,可以任意位置安裝。占地面積小,運行費用比油擴散泵低。操作簡單。

　　真空鍍膜設備是北儀創新公司主導產品之一, 自1961 年開發第一臺真空鍍膜設備以來,累計已設計生產了不同品種、規格型號的高真空鍍膜設備六千臺以上。應用于各個領域. 其中大多數設備的真空系統是配備著油擴散泵作主泵的。

　　二十世紀八十年代以來科學技術的迅猛發展,對真空鍍膜設備的清潔度要求日益提高,設備所鍍膜層的質量與所用材料、鍍膜工藝及真空系統內所含有的水蒸汽及油污染的程度有很大關系. 傳統的以油擴散泵為主泵的真空系統由于有油蒸汽的污染,已不能滿足使用要求,國外工業發達國家紛紛推出以分子泵和低溫泵作主泵的半無油和全無油真空系統的全自動鍍膜設備. 新型的無油泵如分子泵和低溫泵, 已成為無油系統的主流。不少單位花費大量外匯購買國外先進的以分子泵和低溫泵作主泵的無油系統鍍膜設備.這不但價格昂貴, 而且售后服務及零備件供應很不方便, 作為真空鍍膜設備專業制造廠，研發生產真空性能良好的設備,義不容辭。

　　由實踐,在配置不變情況下,僅以同規格的分子泵取代油擴散泵為主泵的真空鍍膜設備, 到達的極限壓力有所改善,而從大氣抽至10- 3 Pa 的時間往往比油擴散泵系統要長些, 但當真空室壓力抽至<10- 4 Pa 以后, 則分子泵系統抽速比油擴散泵要快,而真空室內的潔凈度則明顯改善。

　　低溫泵是將氣體分子冷凝或吸附在極低溫度表面再排氣的真空泵.靠氦壓縮機提供冷源,當泵吸氣已到達排氣容量時, 或二級冷頭的溫度在20 K 以上, 或80 K 屏蔽筒、80 K 擋板的溫度在130 K 以上及泵內壓力在1.3×10- 4 Pa 以上時就要再生.泵的冷面溫度受泵的熱負載所限.所以減少熱負載十分重要。

　　二十世紀末,我們就打算開發以低溫泵為主泵的真空鍍膜設備, 當時對低溫泵尚無感性認識。不掌握其使用性能和故障率等. 又如真空蒸發鍍膜設備使用中，經常是在一定溫度下(如300℃)鍍膜,當采用電子束蒸發,電子束轟擊蒸發材料時,動能轉為熱能，對低溫泵來說,這二者是真空室主要熱負載, 這將對低溫泵使用性能有多大影響?在設計中該如何考慮，以及泵的性能及質量可靠性等問題都是開發鍍膜設備前必須了解的內容,于是我們開展了調研和實驗工作。