I. Mekaniske pumper
Den mekaniske pumpes hovedfunktion er at tilvejebringe det nødvendige fortrinsvakuum til opstart af turbomolekylærpumpen.Almindeligvis brugte mekaniske pumper omfatter hovedsageligt vortex-tørpumper, membranpumper og olieforseglede mekaniske pumper.
Membranpumper har lav pumpehastighed og bruges generelt til små molekylære pumpesæt på grund af den lille størrelse.
Den olieforseglede mekaniske pumpe er den mest brugte mekaniske pumpe i fortiden, kendetegnet ved stor pumpehastighed og godt ultimativt vakuum, ulempen er den generelle eksistens af olieretur, i ultrahøjvakuumsystemer skal generelt være udstyret med magnetventil (for at forhindre utilsigtet strømsvigt forårsaget af olieretur) og molekylsigte (adsorptionseffekt).
I de senere år er den mere brugte scroll-tørpumpe. Fordelen er enkel at bruge og vender ikke tilbage til olie, bare pumpehastigheden og det ultimative vakuum er lidt værre end olietætnede mekaniske pumper.
Mekaniske pumper er en hovedkilde til støj og vibrationer i laboratoriet, og det er bedre at vælge en støjsvag pumpe og placere den mellem udstyr, hvor det er muligt, men sidstnævnte er ofte ikke let at opnå på grund af arbejdsafstandsbegrænsninger.
II.Turbomolekylære pumper
Turbo molekylære pumper er afhængige af højhastigheds roterende skovle (normalt omkring 1000 omdrejninger i minuttet) for at opnå en retningsbestemt gasstrøm.Forholdet mellem pumpens udstødningstryk og indgangstrykket kaldes kompressionsforholdet.Kompressionsforholdet er relateret til antallet af trin i pumpen, hastigheden og typen af gas, den generelle molekylvægt af gaskompressionen er relativt høj.Det ultimative vakuum af en turbomolekylær pumpe anses generelt for at være 10-9-10-10 mbar, og i de senere år er det ultimative vakuum blevet yderligere forbedret med den kontinuerlige udvikling af molekylær pumpeteknologi.
Da fordelene ved en turbomolekylær pumpe kun realiseres i en molekylær strømningstilstand (en strømningstilstand, hvor det gennemsnitlige frie område af gasmolekylerne er meget større end den maksimale størrelse af kanaltværsnittet), er en præ-trins vakuumpumpe med et driftstryk på 1 til 10-2 Pa er påkrævet.På grund af vingernes høje rotationshastighed kan den molekylære pumpe blive beskadiget eller ødelagt af fremmedlegemer, jitter, stød, resonans eller gaschok.For begyndere er den mest almindelige årsag til skade gaschok forårsaget af betjeningsfejl.Skader på en molekylær pumpe kan også være forårsaget af resonans udløst af en mekanisk pumpe.Denne tilstand er relativt sjælden, men kræver særlig opmærksomhed, fordi den er mere snigende og ikke let opdages.
III.Sputtering ion pumpe
Funktionsprincippet for sputterionpumpen er at bruge ionerne genereret af Penning-udladningen til at bombardere katodens titaniumplade for at danne en frisk titaniumfilm, således adsorbere de aktive gasser og også have en vis nedgravningseffekt på de inerte gasser .Fordelene ved sputtering-ionpumper er godt ultimativt vakuum, ingen vibrationer, ingen støj, ingen forurening, en moden og stabil proces, ingen vedligeholdelse og ved samme pumpehastighed (bortset fra inerte gasser), deres omkostninger er meget lavere end molekylære pumper, hvilket gør dem ekstremt udbredte i ultrahøjvakuumsystemer.Normalt er den normale driftscyklus for sputter-ionpumper mere end 10 år.
Ionpumper skal generelt være over 10-7 mbar for at fungere korrekt (at arbejde ved dårligere vakuum reducerer deres levetid betydeligt) og kræver derfor et molekylært pumpesæt for at give et godt vakuum før stadiet.Det er almindelig praksis at bruge en ionpumpe + TSP i hovedkammeret og et lille molekylært pumpesæt i indløbskammeret.Når du bager, skal du åbne den tilsluttede indsatsventil og lade det lille molekylære pumpesæt sørge for det forreste vakuum.
Det skal bemærkes, at ionpumper er mindre i stand til adsorption af inerte gasser, og deres maksimale pumpehastighed adskiller sig noget fra molekylære pumpers, så for store udgasningsvolumener eller store mængder inerte gasser kræves et molekylært pumpesæt.Derudover genererer ionpumpen et elektromagnetisk felt under drift, som kan forstyrre særligt følsomme systemer.
IV.Titanium sublimationspumper
Titanium sublimationspumper fungerer ved at stole på fordampningen af metallisk titanium for at danne en titaniumfilm på kammervæggene til kemisorption.Fordelene ved titanium sublimationspumper er enkel konstruktion, lave omkostninger, nem vedligeholdelse, ingen stråling og ingen vibrationsstøj.
Titanium sublimationspumper består normalt af 3 titanium filamenter (for at forhindre afbrænding) og bruges i kombination med molekylære eller ionpumper for at give fremragende brintfjernelse.De er de vigtigste vakuumpumper i intervallet 10-9-10-11 mbar og er monteret i de fleste ultrahøjvakuumkamre, hvor der kræves høje vakuumniveauer.
Ulempen ved titanium sublimationspumper er behovet for regelmæssig sputtering af titanium, vakuumet forringes med omkring 1-2 størrelsesordener under sputtering (inden for få minutter), derfor kræver visse kamre med specifikke behov brug af NEG.For titaniumfølsomme prøver/enheder skal man også sørge for at undgå placeringen af titaniumsublimationspumpen.
V. Kryogene pumper
Kryogene pumper er hovedsageligt afhængige af fysisk adsorption ved lav temperatur for at opnå vakuum, med fordelene ved høj pumpehastighed, ingen forurening og højt ultimativt vakuum.De vigtigste faktorer, der påvirker pumpehastigheden af kryogene pumper, er temperatur og pumpens overfladeareal.I epitaksysystemer med stor molekylær stråle er kryogene pumper meget brugt på grund af de høje ultimative vakuumkrav.
Ulemperne ved kryogene pumper er det høje forbrug af flydende nitrogen og høje driftsomkostninger.Systemer med recirkulerende kølere kan bruges uden at forbruge flydende nitrogen, men det medfører de tilsvarende problemer med energiforbrug, vibrationer og støj.Af denne grund er kryogene pumper mindre almindeligt anvendt i konventionelt laboratorieudstyr.
VI.Aspiratorpumper (NEG)
Sugemiddelpumpe er en af de mere brugte vakuumpumper i de senere år, dens fordel er den fuldstændige brug af kemisk adsorption, ingen dampbelægning og elektromagnetisk forurening, ofte brugt i forbindelse med molekylære pumper til at erstatte titaniumsublimationspumper og sputterion pumper, er ulempen de høje omkostninger og det begrænsede antal regenereringer, som normalt anvendes i systemer med høje krav til vakuumstabilitet eller meget følsomme over for elektromagnetiske felter.
Da aspiratorpumpen desuden ikke kræver yderligere strømforsyningsforbindelse ud over den indledende aktivering, bruges den også ofte i store systemer som en hjælpepumpe for at øge pumpehastigheden og forbedre vakuumniveauet, hvilket effektivt kan forenkle systemet.
Figur: Arbejdstryk for forskellige typer pumper.De brune pile viser det maksimalt tilladte driftstrykområde, og de grønne dele med fed skrift viser det almindelige arbejdstrykområde.
Indlægstid: 18. november 2022