Pumpar som vanligtvis används i system med ultrahögt vakuum

I. Mekaniska pumpar
Den mekaniska pumpens huvudsakliga funktion är att tillhandahålla det nödvändiga vakuumet i försteg för start av turbomolekylär pump.Vanligt använda mekaniska pumpar inkluderar huvudsakligen vortextorrpumpar, membranpumpar och oljetäta mekaniska pumpar.
Membranpumpar har låg pumphastighet och används vanligtvis för små molekylära pumpsatser på grund av den lilla storleken.
Den oljetäta mekaniska pumpen är den mest använda mekaniska pumpen i det förflutna, kännetecknad av hög pumphastighet och bra slutvakuum, nackdelen är den allmänna förekomsten av oljeretur, i system med ultrahögt vakuum måste i allmänhet vara utrustad med magnetventil (för att förhindra oavsiktligt strömavbrott orsakat av oljeretur) och molekylsikt (adsorptionseffekt).
På senare år har den mer använda scroll-torrpumpen. Fördelen är enkel att använda och återgår inte till olja, bara pumphastigheten och det slutliga vakuumet är något sämre än för oljetäta mekaniska pumpar.
Mekaniska pumpar är en huvudkälla för buller och vibrationer i laboratoriet och det är bättre att välja en lågljudspump och placera den mellan utrustning där det är möjligt, men det senare är ofta inte lätt att uppnå på grund av arbetsavståndsbegränsningar.
II.Turbomolekylära pumpar
Molekylära turbopumpar förlitar sig på roterande skovlar med hög hastighet (vanligtvis runt 1000 varv per minut) för att uppnå ett riktat gasflöde.Förhållandet mellan pumpens avgastryck och inloppstrycket kallas kompressionsförhållandet.Kompressionsförhållandet är relaterat till antalet steg i pumpen, hastigheten och typen av gas, den allmänna molekylvikten för gaskompressionen är relativt hög.Det slutliga vakuumet för en turbomolekylär pump anses generellt vara 10-9-10-10 mbar, och under de senaste åren, med den kontinuerliga utvecklingen av molekylär pumpteknologi, har det ultimata vakuumet förbättrats ytterligare.
Eftersom fördelarna med en turbomolekylär pump endast realiseras i ett molekylärt flödestillstånd (ett flödestillstånd där det genomsnittliga fria intervallet för gasmolekylerna är mycket större än den maximala storleken på kanaltvärsnittet), är en förstegsvakuumpump med ett arbetstryck på 1 till 10-2 Pa krävs.På grund av vingarnas höga rotationshastighet kan molekylpumpen skadas eller förstöras av främmande föremål, jitter, stötar, resonans eller gaschock.För nybörjare är den vanligaste orsaken till skador gaschock orsakad av driftfel.Skador på en molekylär pump kan också orsakas av resonans utlöst av en mekanisk pump.Detta tillstånd är relativt sällsynt men kräver särskild uppmärksamhet eftersom det är mer lömskt och inte lätt att upptäcka.

III.Sputtrande jonpump
Arbetsprincipen för sputterjonpumpen är att använda jonerna som genereras av Penning-urladdningen för att bombardera katodens titanplatta för att bilda en ny titanfilm, och på så sätt adsorbera de aktiva gaserna och ha en viss begravningseffekt även på de inerta gaserna .Fördelarna med sputtrande jonpumpar är bra slutligt vakuum, ingen vibration, inget buller, ingen förorening, en mogen och stabil process, inget underhåll och med samma pumphastighet (förutom för inerta gaser), deras kostnad är mycket lägre än molekylära pumpar, vilket gör dem extremt flitigt använda i ultrahöga vakuumsystem.Vanligtvis är den normala driftscykeln för sputtrande jonpumpar mer än 10 år.
Jonpumpar behöver i allmänhet vara över 10-7 mbar för att fungera korrekt (att arbeta vid sämre vakuum minskar deras livslängd avsevärt) och kräver därför en molekylpumpssats för att ge ett bra vakuum i försteg.Det är vanligt att använda en jonpump + TSP i huvudkammaren och en liten molekylpumpset i inloppskammaren.När du bakar, öppna den anslutna insatsventilen och låt det lilla molekylära pumpsetet ge det främre vakuumet.
Det bör noteras att jonpumpar är mindre kapabla att absorbera inerta gaser och deras maximala pumphastighet skiljer sig något från den för molekylära pumpar, så att för stora utgasningsvolymer eller stora mängder inerta gaser krävs en molekylpumpssats.Dessutom genererar jonpumpen ett elektromagnetiskt fält under drift, vilket kan störa särskilt känsliga system.
IV.Titan sublimeringspumpar
Titansublimeringspumpar fungerar genom att förlita sig på avdunstning av metalliskt titan för att bilda en titanfilm på kammarväggarna för kemisorption.Fördelarna med titansublimeringspumpar är enkel konstruktion, låg kostnad, enkelt underhåll, ingen strålning och inget vibrationsljud.
Titansublimeringspumpar består vanligtvis av 3 titanfilament (för att förhindra avbränning) och används i kombination med molekyl- eller jonpumpar för att ge utmärkt väteborttagning.De är de viktigaste vakuumpumparna i intervallet 10-9-10-11 mbar och är monterade i de flesta ultrahöga vakuumkammare där höga vakuumnivåer krävs.
Nackdelen med titansublimeringspumpar är behovet av regelbunden sputtering av titan, vakuumet försämras med cirka 1-2 storleksordningar under sputtering (inom några minuter), därför kräver vissa kammare med specifika behov användning av NEG.För titankänsliga prover/enheter bör man också vara försiktig för att undvika placeringen av titansublimeringspumpen.
V. Kryogena pumpar
Kryogena pumpar förlitar sig huvudsakligen på fysisk adsorption vid låg temperatur för att erhålla vakuum, med fördelarna med hög pumphastighet, ingen förorening och högt slutligt vakuum.De viktigaste faktorerna som påverkar pumphastigheten för kryogena pumpar är temperatur och pumpens yta.I epitaxisystem med stor molekylär strål används kryogena pumpar i stor utsträckning på grund av de höga kraven på slutligt vakuum.
Nackdelarna med kryogena pumpar är den höga förbrukningen av flytande kväve och höga driftskostnader.System med recirkulerande kylare kan användas utan att förbruka flytande kväve, men detta för med sig motsvarande problem med energiförbrukning, vibrationer och buller.Av denna anledning är kryogena pumpar mindre vanliga i konventionell laboratorieutrustning.
VI.Aspiratorpumpar (NEG)
Sugmedelspumpen är en av de mer använda vakuumpumparna under de senaste åren, dess fördel är den fullständiga användningen av kemisk adsorption, ingen ångplätering och elektromagnetisk förorening, som ofta används i samband med molekylära pumpar för att ersätta titansublimeringspumpar och sputterjoner pumpar, är nackdelen den höga kostnaden och det begränsade antalet regenereringar, som vanligtvis används i system med höga krav på vakuumstabilitet eller mycket känsliga för elektromagnetiska fält.
Dessutom, eftersom sugpumpen inte kräver någon extra strömförsörjningsanslutning utöver den initiala aktiveringen, används den också ofta i stora system som en hjälppump för att öka pumphastigheten och förbättra vakuumnivån, vilket effektivt kan förenkla systemet.

Figur ：Arbetstryck för olika typer av pumpar.De bruna pilarna visar det maximalt tillåtna arbetstryckområdet och de gröna delarna i fetstil visar det vanliga arbetstrycksområdet.