干式真空泵原理 与技术基础
2.干式真空泵的现状
各种干式真空泵介绍与应用
2.1 往复式干泵
美国Varian公司生产有DVP系列3级无油真空
泵。
VRC的双级干式真空泵，极限压力2.67～9.33
×101Pa(双缸并联抽速280 L/min；极限压力 9.33×101；双缸串联抽速140 L/min极限压力 2.67Pa)
可作为低中真空泵应用，粗抽时抽气量较大。 它可在粘性流状态下工作。
其极限压力可达到0.1～1 Pa。 为了增大压缩比，减少泄漏量，要求转子加工精
度较高。
螺杆泵工作温度较高，可在恶劣的抽气条件下
工作。
它可用于真空蒸馏、蒸发、干燥、冷冻干燥、
溶剂还原、消毒、半导体工业、塑料工业真空 涂层、真空铸造、真空冶金、真空热处理、化 学试剂的生产用，是一种目前用途较多的泵体。
2.3 涡旋干泵
它可以代替油封
机械泵实现无油 清洁真空。一般 多用在分析仪器、 PVD系统、检漏仪 系统、涡轮分子 泵和离子泵的预 抽泵或前级泵。
这种泵采用双腔式的，动作非常平稳，结构简
单，振动、噪音很低。吸气、压缩和排气能连 续均匀地进行，驱动力矩变化小，维修也方便， 泵体、转子多为铝合金制造，其表面涂以耐蚀 性材料。
可获得清洁的高真空和超高真空环境。 应用领域： 它广泛应用于表面分析、加速器
技术、等离子体技术、电真空器件的制造及 真空技术的各个领域。
美国VARIAN公司的涡轮分子泵
2.7.4牵引分子泵 （1）螺旋矩形牵引分子泵
（2）盘型牵引分子泵
2.7.5 复合式分子泵 1980年以前，涡轮分子泵多用于科研部门，当 半导体产业出现后，要求分子泵能连续地大量排气 和获得清洁的真空,经常需要涡轮分子泵在1Pa以上 工作。 但涡轮分子泵恰好在这个压力范围内抽速下降 很多。为了使泵能在高压区域保持有较高的抽气性 能，在原有的涡轮分子泵的高压侧配置了螺旋槽式 的牵引分子泵，将两种泵的抽气单元串联组成一个 整体，形成了一种宽域型的复合式分子泵。
因为陶瓷材料具有良好的电绝缘性、耐磁 性、耐热性，低的热膨胀性及耐腐蚀性等优点， 但它也有些缺点，如脆性、强度的可靠性、加 工焊接的特殊性及价格高等。现用于制作回转 体的材料有高强度的氮化硅(Si3N4)。
2.7.9 各种先进技术在分子泵中的应用 （1）磁悬浮轴承在分子泵上的应用 一些半导体制造
（2）陶瓷轴承应用于分子泵
涡轮分子泵采用精密陶瓷轴承支撑，
陶瓷轴承的球体是采用一种特殊的 复合材料，它较普通的金属球体质 量小，所以旋转中离心力小、摩擦 生热少、磨损小，一般说来，陶瓷 轴承的使用寿命是普通轴承的两倍 以上。 转子经过精密动平衡，运转可靠、 振动小
2.7.10 分子泵真空机组 莱宝PT70-Compact 系列分子泵机组
和表面科学研究都要 求清洁的高真空,但涡 轮分子泵用油来润滑 轴承，油蒸汽的返流 以及滚珠轴承引起的 振动,对涡轮分子泵性 能的影响是不能忽视 的。为了解决上述问 题，现在使用完全无 接触的磁悬浮轴承于 涡轮分子泵中。
主要技术特点：
1、全无油的真空泵，可用来产生洁净的超高真空。 2、低噪音，低震动。 3、高运行可靠性。无轴承磨损，无需维护。 4、装有自动保护装置，以保证在突然断电时，轴承不会损坏。
这种泵可长时间运行，振动小，噪音78－
93dB(A)，稍高于滑阀泵的指标。但运动件耐 磨损，寿命长，可抽除有腐蚀性和有毒性的 气体。
在半导体工艺过程中，要排除腐蚀性气体，
铝合金的泵体可进行阳极氧化处理以增强泵 的耐蚀性。
2.5 螺杆式干泵
这种泵有螺杆式、螺旋式和复合式种结构型 式。
美国Stokes公司生产SDS系列螺杆式干泵。它
2.7.1 分子泵的特点
涡轮分子泵是靠高速转动的转子携带气体分子获



得超高真空的一种真空泵 其极限压力可达10－9 Pa 抽速系列从50～40000L/s 振动小 转速可高达80000转/min 结构精密
分子泵、涡轮分子泵、磁悬浮轴承和
气体静压轴承式涡轮分子泵、复合式 分子泵、低温型涡轮分子泵、新型牵 引分子泵、陶瓷涡轮分子泵，抽反应 生成物的涡轮分子泵和极高真空涡轮 分子泵
2.7 分子泵
分子泵自1912年诞生以来，至今已快 近一个世纪了。它在初期进展较缓慢， 在1970年以前,分子泵的应用还仅限于核 物理、电真空、表面科学等领域。但近 20年来由于半导体产业的兴起和薄膜工 业的发展，分子泵才被人们所重视,并得 到了兴旺和发达，现代的分子泵已发展 到实用和普及的阶段。
我国已有这方面的专利。国内已将这种干泵试制 成功，但尚未有产品见于市场。
如能很好解决转子
的涡旋型线的加工 精度和端面的密封 等关键技术问题， 这种小型干式泵还 是有应用前景的。
2.4多级罗茨式干泵
这种泵中、
大型居多， 化学工业， 半导体工业 应用较多， 它可以在恶 劣的条件下 进行抽空作 业。
由于罗茨泵转子的压
缩比较低，所以这种 干式泵必须要多级串 联（一般5～6级）， 才能将0.11Pa的气体 压缩到大气压排除泵 外。 在高压段压缩气体时， 产生的热量比较多， 故多采用气体冷却方 式散热，故称这种泵 为气冷式多级罗茨泵。
为了阻止返流的冷却气体返回到泵的入口，故
多用三叶的或大头型双叶的罗茨泵转子。这种 气冷泵的排气有经泵体水套冷却的，也有经过 外设管道经冷却器冷却的。
2.8 高真空直排大气干泵
一般说来，为了获得清洁高真空，需要串联多台工作
在不同压力区域的真空泵构成机组，来完成抽气任务。
典型的高真空机组，通常用高真空泵串接干泵来组成，
高真空泵如分子泵、低温泵等，前级泵如爪型泵、罗 茨干泵、涡旋泵、螺杆泵、活塞泵、膜片泵等。
采用高真空机组，不仅需考虑各种真空泵的工作
压力范围，而且系统中的真空泵、连接管道、阀 门、真空计等辅助元件以及它们的控制单元使得 这套系统成本很高。典型的高真空系统至少额外 需要三个阀门和一个旁通管路。 在半导体工厂中，前级真空泵一般都安装在生产 车间的下一层，使得前级泵的抽速损耗加大很多， 因此必须选用昂贵的、性能好的泵。 此外，在现代工业中的一些真空应用场合，如太 阳能电池制备、半导体器件制备、小型精密实验 设备等，由真空泵机组带来的占用空间庞大、维 护麻烦、抽气效率损失等问题，影响了工艺的进 行。
技术指标：
抽速：N2 60 L/s 极限压强： 10-6Pa 分子泵启动时间： 1.5 min
Varian TASK涡轮分子泵＋涡旋泵机组
FJ110分子泵机组
技术指标： 抽气速率： 110 L/s 压缩比 ：N2 >108
H2 >5×102 极限压强：6×10-6Pa 应用领域：表面分析，加速 器，半导体设备，等离子 技术，电真空器件制造及 真空技术等领域
但这种泵作成大型泵较少，一般抽速在4～
10 L/s左右。
涡 旋 泵 抽 气 过 程
日本生产的泵用双腔并联的单头的涡旋体抽
气，而美国Varian生产的泵为双腔串联式三 头涡旋体，一个腔用于抽气，另一个腔用于 压缩。 这种泵可从大气 抽到1.33Pa，能 自动进行气镇和 轴承的气体净化。
2.6 涡轮式干泵
它是一种动量传输式干式泵。 日本三菱公司生产有DT系列产品，日
立公司生产有复合式的干泵，均可从 大气压开始工作，极限压力10-4～10-2 Pa。转速36000 rpm，抽速20 L/s，重 140 kg，6 kw。 最近几年在JVST上报导台湾研制一种 涡轮式增压泵，出口压力可达到4000 Pa，用磁悬浮轴承，可以获得清洁的 真空。
涡轮＋螺旋矩形复合分子泵
涡轮＋盘型槽复合分子泵
2.7.6 陶瓷分子泵 一般的涡轮分子泵的转子多用高强度的铝合金材 料制造。但在核聚变实验、加速器等领域内，要求 泵能在强磁场的条件下应用。
在半导体产业中，为防止气态的反应生成物 在泵内相变为固体颗粒物，而要求泵温较高，对砷 化镓等强腐蚀性气体的抽除，要求泵应有耐腐蚀的 性能。这样一来，再使用原来的金属材料制造分子 泵的转子就会遇到很多困难。在这些恶劣的工作环 境下最好的材料是使用陶瓷制造分子泵。
2.7.2
分子泵分类
涡轮分子泵 牵引分子泵
盘型分子泵 螺旋矩形牵引分子泵 复合分子泵
2.7.3 涡轮分子泵 涡轮分子泵的基本结构有两种,一种是卧式的, 另一种是立式的。 现在出现一种宽域型的涡轮分子泵，有标 准型和化学型两种。标准型泵可用于10-7～ 200Pa的压力范围，流量之大可与低真空范围的 机械增压泵相媲美。采用气体清洗措施来保护 轴承，还设有防灰尘和玻璃碎片侵入的措施。 化学型泵可适于对腐蚀性气体的连续稳定地排 气，因转子上涂以耐腐蚀性涂层，轴承采用气 体清洗措施。排出腐蚀性气体时，应采取气体 清洗措施。磁力轴承用N2来清洗，以防腐蚀性气 体侵入。
可用于抽除：He,H2,Ar和N2所有气体，它可作
涡轮分子泵、低温泵的粗抽泵和前级泵用。
这种泵类似于汽车发动机的机构原理。最高压
缩比可达到105。用空气冷却。
活塞及气缸壁上涂以减磨涂料，降低功率消耗。
2.2 爪型干泵
德国莱宝公司生产一种四级全是爪型转子
的多级干式泵。这种泵的 抽速100 m3/h（28 L/s）； 极限压强8×10-1 Pa 噪音68 dB(A)； 马达3 kw； 转速3000 rpm； 泵重180 Kg。 这种泵设有控制单元。为了提高抽速 和极限真空，泵入口可串联一级罗茨泵。
EPX干泵内部分为三级：螺旋
级、牵引分子级和旋涡级。
靠近气体入口处的
单轴大螺旋结构为第 一级，主要是完成大 排量的吸气传输过程， 压缩比很小。
谢 谢 大 家！
END