氣氛爐抽真空的幾種方式氣氛爐抽真空的幾種方式各有千秋,選擇何種方式往往取決于具體的工藝需求、設(shè)備條件以及成本考量。
一種常見(jiàn)的方式是采用機(jī)械泵抽真空。機(jī)械泵通過(guò)其內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu),不斷將爐內(nèi)的氣體抽出,直至達(dá)到所需的真空度。這種方式操作簡(jiǎn)便,成本相對(duì)較低,適用于大多數(shù)普通氣氛爐的抽真空需求。然而,機(jī)械泵的抽真空速度可能受限于其設(shè)計(jì)原理和泵的極限真空度,對(duì)于真空度的要求可能力不從心。
另一種高效的方式是使用分子泵抽真空。分子泵通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,將氣體分子撞擊并拋出爐外,其抽真空速度極快,且能達(dá)到的真空度。但分子泵的成本較高,且需要配備前級(jí)泵以排除大氣壓至低真空范圍的氣體,因此更適合對(duì)真空度有要求的場(chǎng)合。
除此之外,擴(kuò)散泵也是一種常用的抽真空方式。它利用油蒸汽在泵體內(nèi)形成的高真空環(huán)境,通過(guò)擴(kuò)散作用將爐內(nèi)的氣體分子排出。擴(kuò)散泵適用于需要中等到高真空度的場(chǎng)合,其成本適中,但需要定期更換泵油以保持其性能。
隨著科技的進(jìn)步,還有一些新型的抽真空技術(shù)正在不斷涌現(xiàn),如低溫泵、離子泵等。這些新技術(shù)在抽真空效率、極限真空度以及穩(wěn)定性等方面都有顯著的提升,但相應(yīng)地,其成本和技術(shù)難度也較高。
氣氛爐抽真空通常有以下幾種方式,這些方式各有特點(diǎn),適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和真空度要求:
活塞式真空泵抽真空
工作原理:利用活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng),改變氣缸的容積,從而實(shí)現(xiàn)吸氣和排氣過(guò)程。當(dāng)活塞向外運(yùn)動(dòng)時(shí),氣缸容積增大,腔內(nèi)壓力降低,氣體從被抽容器通過(guò)吸氣閥進(jìn)入氣缸;當(dāng)活塞向內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí),氣缸容積減小,氣體被壓縮,壓力升高,通過(guò)排氣閥排出氣缸,如此循環(huán)達(dá)到抽真空的目的。
特點(diǎn):結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,制造和維護(hù)成本較低,適用于對(duì)真空度要求不特別高的場(chǎng)合,可獲得的極限真空度一般在 102 - 103Pa 左右。但抽氣速度相對(duì)較慢,且在較高真空度下,由于氣體稀薄,抽氣效率會(huì)顯著降低。
旋片式真空泵抽真空
工作原理:主要由定子、轉(zhuǎn)子、旋片等部件組成。轉(zhuǎn)子偏心地安裝在定子腔內(nèi),轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有旋片,當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),旋片在離心力和彈簧力的作用下緊貼定子內(nèi)壁滑動(dòng)。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周,完成一次吸氣、壓縮和排氣過(guò)程。隨著轉(zhuǎn)子的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),不斷地將氣體從被抽容器中抽出并排出泵外,從而使容器內(nèi)的壓力逐漸降低,達(dá)到抽真空的目的。
特點(diǎn):具有體積小、重量輕、抽氣速率快、噪音低等優(yōu)點(diǎn),能在較寬的壓力范圍內(nèi)有較高的抽氣速率,極限真空度一般可達(dá) 10?2 - 10?3Pa,適用于對(duì)真空度要求較高的氣氛爐。不過(guò),它對(duì)被抽氣體中的灰塵和水汽比較敏感,需要配備相應(yīng)的過(guò)濾和干燥裝置。
羅茨真空泵抽真空
工作原理:羅茨真空泵的泵腔內(nèi)有兩個(gè) “8” 字形的轉(zhuǎn)子,它們相互嚙合但不接觸,由同步齒輪帶動(dòng)做反向等速旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,轉(zhuǎn)子與泵殼之間形成封閉空間,氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入這些封閉空間,隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),封閉空間內(nèi)的氣體被輸送到排氣口排出,從而實(shí)現(xiàn)抽氣過(guò)程。由于羅茨真空泵的抽氣過(guò)程主要是靠轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)來(lái)推動(dòng)氣體,而不是靠壓縮氣體來(lái)排氣,所以它在較低壓力下仍能保持較高的抽氣速率。
特點(diǎn):最大的特點(diǎn)是在高真空區(qū)域有很高的抽氣速率,能大大縮短抽真空的時(shí)間,通常與旋片式真空泵等前級(jí)泵配合使用,組成機(jī)組,可獲得 10?3 - 10??Pa 甚至更高的真空度,適用于需要快速獲得高真空度的氣氛爐,但羅茨真空泵不能單獨(dú)從大氣壓下開(kāi)始抽氣,必須有前級(jí)泵配合。
擴(kuò)散泵抽真空
工作原理:以低壓、高速運(yùn)動(dòng)的油或汞蒸汽流作為工作介質(zhì),當(dāng)被抽氣體分子擴(kuò)散到蒸汽流中時(shí),會(huì)被蒸汽流攜帶到泵的出口,然后由前級(jí)泵抽走。在擴(kuò)散泵內(nèi),蒸汽從噴口高速噴出,在泵壁附近形成低壓區(qū)域,被抽氣體分子由于壓力差而向低壓區(qū)域擴(kuò)散,并被蒸汽流帶向泵的下部,通過(guò)排氣口排出泵外。
特點(diǎn):可以獲得的真空度,通常能達(dá)到 10?? - 10??Pa 甚至更低,適用于對(duì)真空度要求的氣氛爐,如用于半導(dǎo)體制造、真空鍍膜等領(lǐng)域的氣氛爐。但擴(kuò)散泵需要有前級(jí)泵來(lái)維持其前級(jí)壓力,且工作時(shí)需要加熱油或汞等工作介質(zhì),啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng),對(duì)工作環(huán)境和操作要求較高。
分子泵抽真空
工作原理:利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與氣體分子之間的碰撞和動(dòng)量傳遞來(lái)抽氣。轉(zhuǎn)子上有許多傾斜的葉片,當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí),氣體分子與葉片發(fā)生碰撞,被葉片帶著向排氣口方向運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)抽氣。分子泵在高真空下,氣體分子的平均自由程較大,分子與葉片的碰撞概率增加,抽氣。
特點(diǎn):抽氣速度快,能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到高真空度,極限真空度可達(dá)到 10?? - 10??Pa,且對(duì)清潔的氣體有很好的抽氣效果,適用于對(duì)真空度和清潔度要求的氣氛爐,如在一些科研實(shí)驗(yàn)和精密儀器制造中的氣氛爐。不過(guò),分子泵價(jià)格較高,對(duì)使用環(huán)境和操作要求嚴(yán)格,且不能抽除高沸點(diǎn)的蒸汽和含顆粒的氣體。
綜上所述,氣氛爐的抽真空方式多種多樣,選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮工藝需求、設(shè)備條件以及成本等因素,以達(dá)到最佳的抽真空效果。