CN104728075A - 一种内加热型吸气剂元件和大抽速吸气剂泵 - Google Patents

Abstract

本发明属真空技术领域，特别涉及一种内加热型吸气剂元件和大抽速吸气剂泵。本发明内加热型吸气剂元件内部为加热丝，外部吸气剂材料，外观呈多层塔状结构，以充分增大吸气剂材料的表面积，获得高的吸气速率。吸气剂材料采用注射成型技术一次成型制造，结构牢固，使用安全。本发明大抽速吸气剂泵由内加热型吸气元件与金属外壳构成。金属外壳一端设有内焊法兰泵口；另一端设置金属盲板泵底，金属盲板泵底上焊接有绝缘电极，绝缘电极内侧与吸气剂元件的加热丝引线连接，外侧则供吸气剂元件通电激活时与电源设备连接。本发明大抽速吸气剂泵整体结构设计合理，使用安全便捷，抽气效率高，适用于各类真空设备内部真空度的有效提高或长期无源维持。

Description

一种内加热型吸气剂元件和大抽速吸气剂泵

技术领域

本发明属真空技术领域，特别涉及一种内加热型吸气剂元件和大抽速吸气剂泵。

背景技术

吸气剂泵内部没有活动部件，具有清洁无油、无高压高频、静音运行、可长期工作、可多次使用等突出优点，是获得清洁超高真空的理想手段之一。并且，吸气剂泵一经激活，可实现长期无源工作，是超高真空环境有效的长效维持手段。

超高真空系统内部的主要残气成分为H₂和CO，非蒸散型吸气剂对这两种气体有着良好的吸附能力，吸附速率高、吸附容量大。在分子泵、离子泵等其它抽气设备的抽气能力接近极限时，吸气剂泵是十分有效的后续抽气手段，可在较短的时间内有效地进一步提升系统的真空度，并实现超高真空的长效无源维持效果。目前，吸气剂泵在粒子加速器、薄膜沉积设备、核聚变装置、等离子机、中子发生器等众多需要超高真空的科技领域中应用广泛。

就内部吸气剂元件的形式而言，现有吸气剂泵主要有两种结构。一种是采用带材吸气剂元件，亦即在金属基带上轧制一定厚度（通常为100～500μm）的吸气剂材料，制成所需的吸气剂元件，然后在泵体内部安装若干该类吸气剂元件（通常以泵体中心轴线为圆心呈环状排列）；另一种是采用环状吸气剂元件，亦即将吸气剂材料压制成一定厚度（通常为1～2mm）的圆环，制成所需的吸气剂元件，然后在泵体内部安装若干该类吸气剂元件（通常沿泵体中心轴线径向叠放）。这两种结构，都涉及到多个吸气剂元件的排列固定问题，结构复杂且不利于充分利用吸气剂泵内部的有效空间。

在吸气剂材料激活方式上，现有吸气剂泵通常都采用烘烤激活的方式，或采用加热装置在泵体外部进行烘烤加热，或在泵体内部设计专门的加热装置进行烘烤加热。如采用外部烘烤，通常加热效率较低，激活过程很长，而且由于整个泵体都要整体加热，泵内的吸气元件所能达到的温度通常有限。如采用内部烘烤，则需要在泵体内设计专门的加热元件，使得整个泵的内部结构复杂化，空间的有效利用率降低。

本发明内加热型吸气剂元件和大抽速吸气剂泵采用专门设计的吸气剂元件，该吸气剂元件采用注射成型工艺制造，外观呈多层塔状结构，充分增大了吸气剂材料的有效工作面积，即保证了足够的吸气速率和吸气总量，又避免了传统吸气剂泵使用多个吸气元件所带来的复杂的排列固定问题，吸气剂泵的可靠性和安全性大大提高。同时，由于加热丝集成于该吸气剂元件内部，既极大地提高了吸气剂激活过程中的加热效率，又有效节约了吸气剂泵的内部空间，更有利于实现吸气剂泵的小型化效果。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种内加热型吸气剂元件和大抽速吸气剂泵。

一种内加热型吸气剂元件，所述内加热型吸气剂元件底端设置金属底座，用以安装固定；所述金属底座上设置陶瓷绝缘片并与其相连，用以进行电绝缘；所述陶瓷绝缘片上设置吸气剂材料，所述陶瓷绝缘片与所述吸气剂材料底部相连；所述吸气剂材料呈多层塔状结构，其内部设置加热丝并与其相连；所述加热丝的下部接头分别穿过陶瓷绝缘片和金属底座。

所述的加热丝为螺旋状，其表面镀有致密的陶瓷绝缘层，用以与所述吸气剂材料形成有效的电绝缘效果，所述陶瓷绝缘层为氧化铝材质，其制备工艺为采用电泳技术或喷涂技术。

所述的吸气剂材料采用注射成型技术一次成型，均匀包裹于所述加热丝外。

所述金属底座为圆环状，其材质为镍、不锈钢或可伐合金。

所述金属底座与所述陶瓷绝缘片之间采用银铜焊料或其它高温焊料进行焊接（焊料熔点应高于吸气材料激活温度）。

一种大抽速吸气剂泵，所述大抽速吸气剂泵由金属外壳和上述内加热型吸气剂元件构成；其中所述金属外壳一端与内焊法兰泵口相连，另一端与金属盲板泵底相连；在所述金属外壳内部，所述金属盲板泵底上设置金属支架并与其相连；上述内加热型吸气剂元件的所述金属底座固定设置在所述金属支架上，所述内加热型吸气剂元件的所述吸气剂材料的顶部靠近所述内焊法兰泵口一端设置；所述金属盲板泵底上设置绝缘电极，所述绝缘电极穿过所述金属盲板泵底并与其相连；所述内加热型吸气剂元件的所述加热丝的下部接头与所述绝缘电极的内端相连。

所述金属外壳呈圆筒状，用以便于与真空系统相连。

所述内焊法兰泵口上设置金属过滤网，以避免由于振动、冲击导致所述吸气剂材料掉粉，从而影响真空系统的安全。

所述金属底座与所述金属支架之间采用电阻焊或激光焊技术固定相连。

所述绝缘电极气密焊接于所述金属外壳的金属盲板泵底上，所述绝缘电极的外端设置在所述金属外壳外部并与电源设备相连，用以对吸气剂元件进行加热激活，可通过对该加热丝通以预定值的电流而对吸气剂材料进行加热激活。

本发明的有益效果为：

本发明内加热型吸气剂元件设计为多层塔状，可以充分增加吸气剂材料的有效表面积，极大地提高吸气元件的吸气速率。本发明大抽速吸气剂泵采用该种内加热型吸气剂元件，可以有效地利用吸气剂泵内部的有效空间，在实现吸气剂泵小型化效果的同时，尽可能多地装载吸气剂材料，充分提高吸气剂泵的吸气总量，延长吸气剂泵的使用寿命。整体结构上，本发明的大抽速吸气剂泵内部结构较为简易，使用安全便捷，抽气速率高。

附图说明

图1为本发明吸气剂元件结构示意图；

图2为本发明吸气剂元件金属底座结构示意图，其中图2a为主视图；图2b为A-A剖面俯视图；

图3为本发明吸气剂泵结构示意图；

图中标号：11—加热丝；12—金属底座：13—陶瓷绝缘片；14—吸气剂材料；21—金属外壳；22—内焊法兰泵口：23—金属盲板泵底；24—绝缘电极；；3—金属支架；4—金属过滤网。

具体实施方式

本发明提供了一种内加热型吸气剂元件和大抽速吸气剂泵，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种内加热型吸气剂元件，所述内加热型吸气剂元件底端设置金属底座12，用以安装固定；所述金属底座12上设置陶瓷绝缘片13并与其相连，用以进行电绝缘；所述陶瓷绝缘片13上设置吸气剂材料14，所述陶瓷绝缘片13与所述吸气剂材料14底部相连；所述吸气剂材料14呈多层塔状结构，其内部设置加热丝11并与其相连；所述加热丝11的下部接头分别穿过陶瓷绝缘片13和金属底座12。

所述的加热丝11为螺旋状，其表面镀有致密的陶瓷绝缘层，用以与所述吸气剂材料14形成有效的电绝缘效果，所述陶瓷绝缘层为氧化铝材质，其制备工艺为采用电泳技术或喷涂技术。

所述的吸气剂材料14采用注射成型技术一次成型，均匀包裹于所述加热丝11外。

所述金属底座12为圆环状，其材质为镍、不锈钢或可伐合金。

所述金属底座12与所述陶瓷绝缘片13之间采用银铜焊料或其它高温焊料进行焊接（焊料熔点应高于吸气材料激活温度）。

一种大抽速吸气剂泵，所述大抽速吸气剂泵由金属外壳21和上述内加热型吸气剂元件构成；其中所述金属外壳21一端与内焊法兰泵口22相连，另一端与金属盲板泵底23相连；在所述金属外壳21内部，所述金属盲板泵底23上设置金属支架3并与其相连；上述内加热型吸气剂元件的所述金属底座12固定设置在所述金属支架3上，所述内加热型吸气剂元件的所述吸气剂材料14的顶部靠近所述内焊法兰泵口22一端设置；所述金属盲板泵底23上设置绝缘电极24所述绝缘电极24穿过所述金属盲板泵底23并与其相连；所述内加热型吸气剂元件的所述加热丝11的下部接头与所述绝缘电极的内端相连。

所述金属外壳21呈圆筒状，用以便于与真空系统相连。

所述内焊法兰泵口22上设置金属过滤网4，以避免由于振动、冲击导致所述吸气剂材料14掉粉，从而影响真空系统的安全。

所述金属底座12与所述金属支架3之间采用电阻焊或激光焊技术固定相连。

所述绝缘电极24气密焊接于所述金属外壳21的金属盲板泵底23上，所述绝缘电极24的外端设置在所述金属外壳21外部并与电源设备相连，用以对吸气剂元件进行加热激活，可通过对该加热丝通以预定值的电流而对吸气剂材料进行加热激活。

实施例1

如图1所示，吸气剂元件由加热丝11、金属底座12、陶瓷绝缘片13和吸气剂材料14构成。

首先，绕制螺旋状加热丝11（材质为高温钼丝，丝径0.3mm，螺旋直径为10mm），再采用电泳技术在绕制好的加热丝表面镀氧化铝陶瓷层。

将陶瓷绝缘片13（材质为氧化铝，尺寸为Φ30mm×2mm）与金属底座12（材质为不锈钢，尺寸为Φ_内40mm×Φ_外=16mm×0.5mm）进行钎焊（本实施例采用Ag72Cu28金属焊料真空钎焊），结构如图2所示。

将加热丝引脚穿过陶瓷绝缘片13，然后整体装入特制工装内，采用注射成型工艺在加热丝外部包裹吸气剂材料14。本实施例所用的吸气剂材料14为CN85102889专利中的吸气剂（该专利申请人为北京有色金属研究总院），即“Zr+LaNi₅+C”材料。注射成型技术的具体工艺方法是本领域所共知的，就本实施例而言，具体的优选工艺为：以石蜡+聚乙烯+硬脂酸的混合物（质量配比为80%：18%：2%）为粘结剂，过400目/英寸标准筛的吸气剂粉末与粘结剂充分混炼（质量配比为70%：30%）并干燥，然后将粉料经由注射成型设备进行注射（工艺优选参数为：注射压力150MPa，注射温度140℃。注射后的坯体经充分脱脂后，进行真空高温烧结（本实施例选用真空脱脂烧结一体炉一次性完成脱脂和烧结工作，优选工艺参数为：脱脂400℃×12h，烧结650℃×0.5h）。吸气剂元件的制造过程完成。

然后，制作吸气剂泵金属外壳。用不锈钢材料加工金属外壳21及金属盲板泵底23。内焊法兰泵口22为标准件（本实施例选用CF63内焊法兰）。

先将绝缘电极24气密钎焊于金属盲板泵底23上，再将金属支架3焊接于金属盲板泵底23上。之后，将吸气剂元件焊接于金属支架3上（本实施例采用激光焊接技术），并将吸气剂元件的加热丝11下部接头与绝缘电极24连接牢固。然后，将金属盲板泵底24和内焊法兰泵口22分别焊接于金属外壳21的两端。最后，在金属外壳21内焊法兰泵口22一端固定金属过滤网4。吸气剂泵的制造过程全部完成。

其它表征本实施例吸气剂泵的参数如下：

吸气剂元件：外径28mm，总高60mm，总重约60g；

吸气剂泵尺寸：泵体外径63mm，总高105mm；

激活工艺参数：功率105W，温度540℃，时间30min；

抽速：>100L/s（室温工作，对于10-⁴Pa条件下的H₂）。

Claims (10)

1.一种内加热型吸气剂元件，其特征在于：所述内加热型吸气剂元件底端设置金属底座（12），用以安装固定；所述金属底座（12）上设置陶瓷绝缘片（13）并与其相连，用以进行电绝缘；所述陶瓷绝缘片（13）上设置吸气剂材料（14），所述陶瓷绝缘片（13）与所述吸气剂材料（14）底部相连；所述吸气剂材料（14）呈多层塔状结构，其内部设置加热丝（11）并与其相连；所述加热丝（11）的下部接头分别穿过陶瓷绝缘片（13）和金属底座（12）。

2.根据权利要求1所述的一种内加热型吸气剂元件，其特征在于：所述的加热丝（11）为螺旋状，其表面镀有致密的陶瓷绝缘层，用以与所述吸气剂材料（14）形成有效的电绝缘效果，所述陶瓷绝缘层为氧化铝材质，其制备工艺为采用电泳技术或喷涂技术。

3.根据权利要求1所述的一种内加热型吸气剂元件，其特征在于：所述的吸气剂材料（14）采用注射成型技术一次成型，均匀包裹于所述加热丝（11）外。

4.根据权利要求1所述的一种内加热型吸气剂元件，其特征在于：所述金属底座（12）为圆环状，其材质为镍、不锈钢或可伐合金。

5.根据权利要求1所述的一种内加热型吸气剂元件，其特征在于：所述金属底座（12）与所述陶瓷绝缘片（13）之间采用银铜焊料进行焊接。

6.一种大抽速吸气剂泵，其特征在于：所述大抽速吸气剂泵由金属外壳（21）和权利要求1所述的内加热型吸气剂元件构成；其中所述金属外壳（21）一端与内焊法兰泵口（22）相连，另一端与金属盲板泵底（23）相连；在所述金属外壳（21）内部，所述金属盲板泵底（23）上设置金属支架（3）并与其相连；权利要求1所述的内加热型吸气剂元件的所述金属底座（12）固定设置在所述金属支架（3）上，所述内加热型吸气剂元件的所述吸气剂材料（14）的顶部靠近所述内焊法兰泵口（22）一端设置；所述金属盲板泵底（23）上设置绝缘电极（24），所述绝缘电极（24）穿过所述金属盲板泵底（23）并与其相连；所述内加热型吸气剂元件的所述加热丝（11）的下部接头与所述绝缘电极的内端相连。

7.根据权利要求6所述的一种大抽速吸气剂泵，其特征在于：所述金属外壳（21）呈圆筒状，用以便于与真空系统相连。

8.根据权利要求6所述的一种大抽速吸气剂泵，其特征在于：所述内焊法兰泵口（22）上设置金属过滤网（4），以避免由于振动、冲击导致所述吸气剂材料（14）掉粉，从而影响真空系统的安全。

9.根据权利要求6所述的一种大抽速吸气剂泵，其特征在于：所述金属底座（12）与所述金属支架（3）之间采用电阻焊或激光焊技术固定相连。

10.根据权利要求6所述的一种大抽速吸气剂泵，其特征在于：所述绝缘电极（24）气密焊接于所述金属外壳（21）的金属盲板泵底（23）上，所述绝缘电极（24）的外端设置在所述金属外壳（21）外部并与电源设备相连，用以对吸气剂元件进行加热激活。