Mar. 29, 2025
真空等離子清洗機(jī)其工作原理是在真空環(huán)境下通過(guò)對(duì)氣體施加較高能量使其轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài),組成等離子狀態(tài)的活性組分有離子、電子和活性基團(tuán)等,這些活性組分對(duì)試件表面進(jìn)行“轟擊”,起到表面清潔、改性等作用。
為了獲得真空環(huán)境,我們需要能夠讓系統(tǒng)達(dá)到真空環(huán)境的組件——真空泵,根據(jù)真空的等級(jí),對(duì)應(yīng)使用的真空泵也不同,對(duì)于低真空環(huán)境來(lái)說(shuō),一般需要機(jī)械泵來(lái)維持。而高真空以及超高真空一般需要分子泵和離子泵的泵組來(lái)維持。
從原理上講,真空泵一般分為兩類(lèi):氣體傳輸泵以及氣體捕集泵。其中,氣體傳輸泵的工作原理是:將腔體內(nèi)的氣體不斷吸入泵中然后進(jìn)行排除以降低腔體內(nèi)的壓強(qiáng)。氣體捕集泵的工作原理是:將腔體內(nèi)的氣體吸附在泵內(nèi)的表面上,不排出泵外。
機(jī)械泵按照原理上分類(lèi),屬于氣體傳輸泵,機(jī)械泵是粗抽泵,處于最前級(jí),從大氣壓開(kāi)始降低系統(tǒng)的壓力。采用的原理是利用氣體的膨脹、壓縮和排出,通過(guò)周期性地改變氣腔的容積,使容器中的氣體排出,最終極限甚至能夠達(dá)到10-3torr的真空度。
機(jī)械泵主要分油泵(RotaryPump)或機(jī)械式干泵(ScrollPump)。這兩大類(lèi)。油泵的實(shí)物及原理如圖1-a所示,油泵是通過(guò)泵外的電機(jī)帶動(dòng)泵內(nèi)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn),與轉(zhuǎn)子相連的旋片不斷開(kāi)合,這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)所造成的壓強(qiáng)差就能讓腔體內(nèi)的氣體不斷排除泵外。由于這種工作結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)上而言不夠緊密,轉(zhuǎn)子與空腔接觸部分會(huì)發(fā)生漏氣,為避免這種情況,一般會(huì)在漏氣部分采用機(jī)械泵油,這能起到一定的密封作用,除此之外,有些油泵還會(huì)采用雙級(jí)泵結(jié)構(gòu),使得前級(jí)泵在吸氣時(shí)后級(jí)泵進(jìn)行排氣工作,降低壓強(qiáng)差,保證泵的密封性。但是,由于采用了油進(jìn)行密封,因此泵體內(nèi)存在很多油滴和油分子,因此會(huì)通過(guò)進(jìn)氣口擴(kuò)散到真空環(huán)境中去造成污染,這也是油泵的一個(gè)弊端。
圖1真空泵及其工作原理簡(jiǎn)介。(a)油泵實(shí)物圖及其油泵工作原理圖。(b)干泵實(shí)物圖及其工作原理圖。
干泵很好的解決了油泵“反油”的弊端,干泵不再采用油膜進(jìn)行密封,而是通過(guò)動(dòng)靜旋盤(pán)之間的緊密貼合來(lái)進(jìn)行密封。通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì),氣體從旋盤(pán)的最外側(cè)進(jìn)入旋盤(pán)間的縫隙,通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸被壓縮到最內(nèi)側(cè)并排出,如圖1-b所示。
油泵優(yōu)勢(shì)
抽氣速度快:油泵通常具有較高的抽氣速度,能夠在短時(shí)間內(nèi)將真空系統(tǒng)中的氣體抽出,快速達(dá)到所需的真空度。
極限真空度高:原則上來(lái)說(shuō)油泵的密封性高,與干泵相比能達(dá)到更好的真空度。
油泵劣勢(shì)
有油污染風(fēng)險(xiǎn):油泵使用油作為工作介質(zhì),在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生油蒸汽,這些油蒸汽可能會(huì)污染真空系統(tǒng)中的樣品或產(chǎn)品,對(duì)于一些對(duì)污染敏感的工藝,如半導(dǎo)體芯片制造、光學(xué)元件制造等,需要采取額外的措施來(lái)防止油污染。
需要定期維護(hù):為了保證油泵的性能和壽命,需要定期更換泵油、清洗油過(guò)濾器和油霧分離器等部件,維護(hù)工作相對(duì)頻繁,成本也較高。
不適合某些特殊氣體:對(duì)于一些具有腐蝕性或與油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體,油泵可能無(wú)法直接處理,需要在進(jìn)氣口前增加特殊的氣體處理裝置,這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。
干泵優(yōu)勢(shì)
清潔無(wú)污染:干泵在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)需使用油作為工作介質(zhì),因此不會(huì)產(chǎn)生油蒸汽污染,能夠提供清潔的真空環(huán)境,特別適用于對(duì)環(huán)境要求高的場(chǎng)合,如半導(dǎo)體制造、光學(xué)行業(yè)等。
無(wú)油霧排放:由于不涉及油的使用,干泵不會(huì)排放油霧,這對(duì)于保持工作場(chǎng)所的清潔和操作人員的健康非常有利,也符合環(huán)保要求。
適合多種工藝:能適應(yīng)多種不同的工藝要求,包括一些對(duì)真空度和氣體處理能力有特殊要求的場(chǎng)合,如在一些需要處理腐蝕性氣體或含有顆粒的氣體的工藝中,干泵可以通過(guò)特殊設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足需求。
維護(hù)成本低:不需要定期更換泵油,也無(wú)需處理因油污染導(dǎo)致的相關(guān)問(wèn)題,如油過(guò)濾器更換、油霧分離器維護(hù)等,因此維護(hù)工作相對(duì)簡(jiǎn)單,成本較低。
干泵劣勢(shì)
抽氣速度相對(duì)較低:與同規(guī)格的油泵相比,干泵的抽氣速度通常較慢,這意味著在需要快速達(dá)到高真空度的應(yīng)用中,干泵可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成任務(wù)。
極限真空度有限:雖然干泵能夠達(dá)到較高的真空度,但一般情況下,其極限真空度不如油泵高。在一些對(duì)真空度要求極高的實(shí)驗(yàn)或工藝中,可能無(wú)法滿(mǎn)足要求。
價(jià)格較高:干泵的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)相對(duì)復(fù)雜,因此其初始購(gòu)買(mǎi)價(jià)格通常比油泵要高,這在一定程度上增加了設(shè)備的投資成本。
綜上所述,真空等離子清洗機(jī)配干泵和油泵各有優(yōu)缺點(diǎn)。在選擇時(shí),需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求、工作環(huán)境以及預(yù)算等因素綜合考慮,以確定哪種泵更適合實(shí)際應(yīng)用。
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