真空泵

真空泵基本介紹真空的定義與分類真空幫浦的種類維修廠牌機型維修設備維修流程真空之定義目前所指的真空是根據1958年美國真空學會所下的定義：「在一個空間中的氣壓低於一大氣壓力」。在真空技術中，一密閉容器雖保持真空，但並非「真正的空」。在真空技術中，一密閉容器雖保持真空，但並非真正的空，也就是說真空並不表是容器內部全無氣體分子；事實上以目前之技術所及的超高真空狀態，其中仍有為數可觀之氣體分子存在。空氣中的氣體分壓Gas(Air)空氣Symbol%byvolumeTorrPascalNitrogen氮N27859379000Oxygen氧O22115921000Argon氬Ar0.937.1940CarbonDioxide二氧化碳CO20.030.2533Neon氖Ne0.00181.4x10-21.8Helium氦He0.00054.0x10-35.3x10-1Krypton氪Kr0.00018.7x10-41.1x10-1Hydrogen氫H20.000054.0x10-45.1x10-2Xenon氙Xe0.00000876.6x10-58.8x10-3Water水氣H2OVariable5to50Variable真空之分類1.粗略真空(RoughVacuum)760~1torr---黏滯流2.中度真空(MediumVacuum)1~10e-3torr---過度流3.高真空(HighVacuum)10-3~10e-7torr---分子流4.超高真空(Ultra-highVacuum)10e-7torr以下---分子流氣流圖表壓力單位換算表FormPaTorratmmbarpsiKg/cm2MicronPascal(Newtons/m2)17.5x10-39.87x10-610-21.45x10-410.2x10-67.5Torr(mmofmercury)13311.32x10-31.3331.93x10-21.36x10-31000atm(atmosphere)1.013x1057601101314.71.0332277.6x105mbar(millibar)1000.759.87x10-411.45x10-21.02x10-3750psi(lb/in2)6.89x10351.716.8x10-268.910.0703075.17x104Kg/cm29.81x104735.60.96898114.217.35x105micron0.13331x10-31.32x10-61.33x10-31.93x10-51.36x10-61Torr、mbar、Pa較為普遍使用氣體分子密度氣體分子密度(Moleculardensity,N)單位為(分子數/cm3)，與氣體壓力P及T溫度有關Ｐ＝N*K*TKisBoltzmanConstant：(9.696*10e18)T：絕對溫度、P：TorrEx:At1atm,0℃N=9.696*10e18(P/T)=9.696*10e18(760/273)=2.687*10e19分子/cm3平均自由路徑(MPF)氣體分子能四處活動不與其它氣體分子不發生碰撞的距離稱之自由路徑。壓力大時分子平均自由徑小，反之平均自由大。這方程式是平均自由路徑MPF=4/PP=pressureinmTorr.Ex:PVDProcessisin3mTorr.MPFisequalto1.25cm真空幫浦選用四項主要因素1.所能達到之最低壓力(Lowestpressure)2有效之工作壓力範圍(Pressurerange)3.抽氣速率大小(Pumpingspeed)4.排氣口壓力(Exhaustpressure)真空幫浦特性分類排氣式：將氣體由特定空間內去除並排出至大氣。儲氣式：欲除去之氣體不排至大氣，而利用物理或化學作用永久或暫時性吸附在系統內。真空幫浦排氣式儲氣式正排量型旋轉式旋片幫浦滑片幫浦旋轉柱塞幫浦水環幫浦魯氏幫浦往復式膜片幫浦活塞幫浦氣體動力式擴散幫浦噴射幫浦液體式氣體式蒸氣式吸附幫浦低溫吸附幫浦冷凍幫浦結托幫浦離子幫浦擴散噴射幫浦渦輪分子幫浦真空幫浦的使用名稱真空範圍所需幫浦粗略真空RoughVacuum760~10e-3Torr油封式機械幫浦或乾式幫浦。殘留氣體：空氣、水蒸氣、二氧化碳、和一些易揮發溶液的蒸氣。中度真空MediumVacuum10e-3~10e-5Torr油封式機械幫浦或乾式幫浦。殘留氣體：除了以上之氣體外、尚有氫氣和幫浦油蒸氣。高真空HighVacuum10e-5~10e-8Torr油擴散幫浦、冷凍幫浦、turbo幫浦殘留氣體：大部份為氫氣和一氧化碳。超高真空Ultra-HighVacuum10e-8~10e-12Torr離子幫浦、鈦昇華幫浦等幫浦的組合殘留氣體：大部份為氫氣和一氧化碳。真空幫浦工作壓力範圍1.E-121.E-101.E-081.E-061.E-041.E-021.E+001.E+021.E+04抽吸活塞膜片液環式滑片多葉片式旋轉柱魯氏氣環式渦輪分子液體噴射蒸氣噴射擴散擴散噴射吸附鈦昇華離子冷凍油封式真空幫浦機械幫浦又稱油封式幫浦藉真空室中轉子(Rotor)和靜子(Stator)連續接觸進行進氣、壓縮及排氣之行程，達到抽氣目的。極限真空可達10e-4torr成本低，進用於粗抽幫浦或前級幫浦。常見的有旋片式幫浦(rotaryvanepump)、滑片式幫浦(Slidingvanepump)及旋轉柱塞式幫浦(Rotaryplungerpump)油封式真空幫浦迴轉油封幫浦中，尚有一重要裝置稱為氣鎮裝置(gasballast)，這是為了避免凝結性氣體在幫浦內凝結。使幫浦不但可抽除所謂的永久性氣體，同時可抽除凝結性氣體的一種裝置。其作動原理與方式如下圖。油封式真空幫浦DryPump(乾式幫浦)屬於正排量型真空幫浦操作壓力範圍約在1atmto10e-3torr通常當成渦輪真空幫浦之前級幫浦使用裝置一魯氏助力幫浦(RootsBooster)，以提高在過渡流狀態時之抽氣速率。如魯氏幫浦(Rootspump)、爪式幫浦(Clawpump)、渦卷式幫浦(Scrollpump)及螺旋式幫浦(Screwpump)。渦卷式真空幫浦：~10-2Torr魯式真空幫浦真空度：50Torr多級魯式真空幫浦真空度：10e-3Torr多級魯式真空幫浦爪式真空幫浦真空度：10-3Torr渦輪分子幫浦(TurboPump)是目前相同排氣效率，最昂貴的真空幫浦，最常用於學術研究單位。抽氣範圍可達10E-2到10E-11Torr,無法獨立運轉，必須搭配乾式幫浦作為前級粗抽幫浦抽氣。優點：乾淨、無油、稼動率高、操作簡單、容易解決突來壓力，前置時間。缺點：維護昂貴、對水氣抽氣效率很差、大氣進入之慮。渦輪分子式幫浦(TMP)轉速約在24000至60000rpm之間渦輪分子式幫浦(TMP)1~10-9mbar；10,000rpm離子幫浦(ionpump)離子幫浦屬於一種吸附幫浦。利用高壓的氣體分子游離，隨後被電場吸引撞入鈦板，與鈦金屬板作用而埋入金屬板之內。改良式的離子幫浦都附有強而有力的磁鐵，其主要目的在於增長離子的運動距離，藉此更有機會與其他分子碰撞，以加速抽氣的速度。離子幫浦(ionpump)冷凍幫浦(cryopump)是目前半導體使用最普遍，乾淨無油高真空幫浦。抽氣範圍可達10E-2到10E-11Torr對水氣抽氣效率最高最大，因為是利用極低溫(約零下273℃)來捕捉氣體分子。缺點：一段時間後需利用N2來Purge，捕捉的氣體分子須用粗抽PUMP抽走，為其最大問題。冷凍式邦浦(Cryo)真空度：10-3~10-12Torr、12~77K冷凍式幫浦架構冷凍幫浦配置油擴散式邦浦(Diffusionpump)是目前光學業使用最普遍高真空幫浦，10-3~10-9Torr，也是目前抽氣速率最大的高真空幫浦。優點：便宜、構造簡單、維護費低廉。缺點：對水氣抽氣效率較差及有油氣回流腔體問題。上海康克仕商貿—方麗15902154381