[拼音]：diwenbeng

[外文]：cryopump

利用低溫表面冷凝氣體的真空泵，又稱冷凝泵。低溫泵是獲得清潔真空的極限壓力最低、抽氣速率最大的真空泵，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體和集成電路的研究和生產(chǎn)，以及分子束研究、真空鍍膜設(shè)備、真空表面分析儀器、離子注入機和空間模擬裝置等方面。

抽氣原理

在低溫泵內(nèi)設(shè)有由液氦或制冷機冷卻到極低溫度的冷板。它使氣體凝結(jié)，并保持凝結(jié)物的蒸汽壓力低于泵的極限壓力，從而達(dá)到抽氣作用。低溫抽氣的主要作用是低溫冷凝、低溫吸附和低溫捕集。

（1）低溫冷凝：氣體分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的氣體層上，其平衡壓力基本上等于冷凝物的蒸氣壓。抽空氣時，冷板溫度必須低于 25K；抽氫時，冷板溫度更低。低溫冷凝抽氣冷凝層厚度可達(dá)10毫米左右。

（2）低溫吸附：氣體分子以一個單分子層厚 (10^-8厘米數(shù)量級)被吸附到涂在冷板上的吸附劑表面上。吸附的平衡壓力比相同溫度下的蒸氣壓力低得多。如在 20K時氫的蒸氣壓力等于大氣壓力，用 20K的活性炭吸氫時吸附平衡壓力則低于10^-8 帕。這樣就可能在較高溫度下通過低溫吸附來進行抽氣。

（3）低溫捕集：在抽氣溫度下不能冷凝的氣體分子，被不斷增長的可冷凝氣體層埋葬和吸附。

一般說來，泵的極限壓力就是冷板溫度下的被冷凝氣體的蒸氣壓力。圖1為某些氣體的蒸氣壓力 -溫度關(guān)系曲線。從圖中可以看出溫度為120K時，水的蒸氣壓已低于10^-8帕。溫度為20K時，除氦、氖和氫外，其他氣體的蒸氣壓也低于10^-8帕。但由于被抽容器和低溫冷板的溫度不同，泵的極限壓力高于冷凝物的蒸氣壓。對于室溫下的容器，低溫板為20K時，泵的極限壓力約為冷凝物蒸氣壓力的4倍。

類型

低溫泵分為注入式液氦低溫泵和閉路循環(huán)氣氦制冷機低溫泵兩種。

（1）注入式液氦低溫泵：主要由液氦容器、泵體和連接擋板的液氮腔體等部分組成（圖2）。為了減少液氦消耗，液氦容器的外壁采用雙層保溫壁并在其間抽成真空。當(dāng)泵被預(yù)抽到10^-6 帕壓力時灌入液氮和液氦，氣體凝結(jié)在4.2K的工作冷板上。經(jīng)預(yù)抽使氦氫分壓到10^-12帕數(shù)量級，故泵可獲得10^-11帕以下的極限壓力。如果把液氦容器抽真空減壓到6650帕，液氦溫度可降到2.3K，則可得到更低的極限壓力。

（2）閉路循環(huán)氣氦制冷機低溫泵：它是70年代出現(xiàn)的新型低溫泵（圖3）。這種泵不消耗氦氣、操作簡便，易于維修，應(yīng)用日漸廣泛。制冷機的制冷介質(zhì)為氣氦，一級冷板溫度為50～100K，用來冷凝水蒸汽和預(yù)冷其他氣體;二級冷板溫度為10～20K，用來冷凝氮、氧和氬等氣體。在二級冷板的內(nèi)表面涂以活性炭?；钚蕴康谋缺砻娣e為500～2500米²／克，在低溫下對氦、氖和氫有很強的吸附能力。冷板由無氧銅制成，表面拋光達(dá)到鏡面程度，以減小輻射系數(shù)。泵的極限壓力為10^-7～10^-8帕，工作壓力范圍為10^-1～10^-7帕，要求預(yù)抽壓力為1帕。制成的產(chǎn)品抽氣速率已達(dá)60000升／秒（1升=10^-3米³）。此外，尚可根據(jù)工藝的特點把抽氣冷板安排在被抽容器內(nèi)，其抽氣速率可達(dá)到10⁶升／秒以上。

熱負(fù)載

低油泵的熱負(fù)載主要是氣體的凝結(jié)熱和周圍壁面對工作冷板的輻射熱。凝結(jié)熱與氣體種類有關(guān)，對于 80K、133.322帕?升的氮氣冷凝在20K冷板上的凝結(jié)熱為0.3～0.6焦耳。工作冷板接受的輻射熱與周圍壁面板溫度和工作冷板溫度兩者 4次方之差成正比。因此，4.2K和20K工作冷板均用50～100K的冷板來屏蔽，以減少工作冷板所接受的輻射熱。

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標(biāo)簽：低溫泵

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文章名稱：《低溫泵》

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