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涡轮分子泵
涡轮分子泵是一种高真空泵，通过高速旋转的涡轮叶片将气体分子从进气口定向抽向排气口，通常与前级泵（如旋片泵）联用，实现10⁻¹¹~10⁻¹ Pa（超高真空至中真空）的压力范围。其特点是无油污染、抽速快，广泛应用于半导体、科研、镀膜等领域。
1. 结构与工作原理
（1）核心组件
转子叶片：多级铝合金或钛合金涡轮叶片（转速约20,000~90,000 RPM）。
定子叶片：与转子交错排列，形成气体通道。
电机：高频交流电机或磁悬浮轴承电机（避免机械磨损）。
排气口：连接前级泵（如旋片泵），排出压缩后的气体。
（2）工作原理
动量传递：高速旋转的叶片撞击气体分子，使其向下级运动（分子流态下有效）。
压缩比：每级叶片对气体进行压缩，最终由前级泵排至大气。
工作压力范围：依赖分子流状态（需气体分子平均自由程＞叶片间距）。
注：涡轮分子泵在分子流态（压力＜10⁻¹ Pa）下效率高，需避免大气压下启动（会过热损坏）。
2. 关键性能参数
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 极限真空 | 可达10⁻¹¹ Pa（磁悬浮泵），常规泵10⁻⁷~10⁻⁸ Pa。 |
| 抽速（Speed） | 单位：L/s 或 m³/h，与气体种类有关（如对N₂抽速＞对H₂）。 |
| 压缩比 | 对重气体（如Ar）可达10⁹，轻气体（如H₂）较低（约10³）。 |
| 转速 | 通常30,000~60,000 RPM，磁悬浮泵可达90,000 RPM。 |
| 启动时间 | 从启动至全速需2~10分钟（磁悬浮泵更快）。 |
3. 涡轮分子泵 vs. 其他真空泵
| 泵类型 | 压力范围（Pa） | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 涡轮分子泵 | 10⁻¹¹~10⁻¹ | 无油污染、抽速高 | 价格高、需前级泵 |
| 扩散泵 | 10⁻⁷~10⁻² | 耐粉尘、成本低 | 需油蒸气、维护复杂 |
| 离子泵 | 10⁻¹²~10⁻⁶ | 无振动、极限真空高 | 抽速低、仅适用于洁净环境 |
| 低温泵 | 10⁻¹²~10⁻³ | 无振动、抽速极大 | 需液氦/制冷机、成本高 |
4. 典型应用
半导体制造：晶圆刻蚀、离子注入设备的超高真空环境。
科研仪器：电子显微镜（TEM）、粒子加速器、质谱仪。
光学镀膜：制备高纯度薄膜（如AR镀膜）。
航天模拟：太空环境模拟舱的抽气系统。
5. 选型与使用注意事项
（1）选型要点
抽速匹配：根据腔体体积和所需真空度计算（如100 L腔体抽至10⁻⁶ Pa需抽速≥50 L/s）。
气体类型：轻气体（H₂、He）需选择高压缩比型号。
轴承类型：
机械轴承：成本低，寿命约3~5年。
磁悬浮轴承：无磨损，寿命长，但价格高。
兼容性：避免腐蚀性气体（如Cl₂、HF）或粉尘环境。
（2）操作与维护
启动顺序：先开前级泵（至10⁻¹ Pa以下），再启动涡轮泵。
停机保护：停机前继续抽气至低温（防止轴承油蒸气反流）。
防振动：安装时需减震底座，避免影响精密设备。
定期保养：检查轴承状态、清洁进气口滤网（若配置）。
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