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(简答题)

简述几种典型真空泵的工作原理。

正确答案

几种典型的真空泵结构:①活塞式机械泵;②旋片式机械泵;③增压器——罗茨泵;④油扩散泵;⑤涡轮分子泵;⑥低温吸附泵;⑦钛升华泵;⑧溅射离子泵.①活塞式机械泵:吸气阶段,气体经过右侧阀进入汽缸。压缩阶段,两个阀均关闭,气体被压缩。排气阶段,气体经过左侧阀被排出到高压力区。②旋片式机械泵:采用旋片代替活塞进行抽气和压缩运动。单级旋片式机械泵的终极真空大约为20mTorr,两级泵则能达到1mTorr以下。此类压缩泵工作时,水蒸气的凝聚可能导致腐蚀。需要泵油,可能会对真空腔室产生污染。③增压器——罗茨泵:罗茨泵可被作为常规的旋片式机械泵的预压缩装置使用,用来提高入口压力,增加排量。④油扩散泵:真空泵油经电炉加热沸腾后,产生一定的油蒸汽沿着蒸汽导流管传输到上部,经由三级伞形喷口向下喷出,形成一股向出口方向运动的高速蒸汽流。油分子与气体分子碰撞,把动量交给气体分子自己慢下来,而气体分子获得向下运动的动量后便迅速往下飞去。
在射流的界面内,气体分子不可能长期滞留,因而界面内气体分子浓度较小。由于这个浓度差,使被抽气体分子得以源源不断地扩散进入蒸汽流而被逐级带至出口,并被前级泵抽走。
慢下来的蒸汽流向下运动过程中碰到水冷的泵壁,油分子冷凝,沿着泵壁流回蒸发器继续循环使用。⑤涡轮分子泵:利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子,使气体产生定向流动而抽气的真空泵。由许多级组成,每个级上都包括以大于2000r/min的极高转速的风机叶片和一套被称为定子的静止的叶片,定子和转子之间的间隙为1mm量级。每一级的压缩比不大,但级数很多,整个泵的压缩比可达𝟏𝟎𝟗。涡轮分子泵的优点是启动快,能抗各种射线的照射,耐大气冲击,无气体存储和解吸效应,无油蒸气污染或污染很少,能获得清洁的超高真空。⑥低温吸附泵:由闭合循环冷冻机组成,冷冻机的冷头一般维持在20K左右,封装在泵体里并连接到真空系统,通过低温凝聚气体分子。需前级泵,具有最高极限真空度,无回油污染问题,但工作后需再生处理。⑦钛升华泵:加热Ti丝,使Ti原子蒸发出来。Ti与反应室内的气体分子反应,凝结在腔壁上。⑧溅射离子泵:阳极和阴极间加高压,电子在阳极被加速,在磁场作用下旋转。气体分子与旋转的电子碰撞而电离(潘宁放电),气体离子被加速向阴极运动,被阴极材料(如Ti)吸附,并且把表面的Ti溅射出来。溅射出来的Ti原子还可以与气体离子反应,使抽速增大。

答案解析

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