CN104728076A - 一种新型结构的大抽速吸气剂泵 - Google Patents

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杨志民
崔建东
苑鹏
杜军
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Abstract

本发明提供一种新型结构的大抽速吸气剂泵，该吸气剂泵包括泵体和数个吸气功能模块，该泵体的上端为泵口，下端为带有绝缘电极的金属盲板，数个吸气功能模块通过金属支架固定在金属盲板上；每个吸气功能模块由若干个吸气剂元件和一个金属框架组成，若干个吸气剂元件并列固定在该金属框架上；若干个吸气剂元件的加热电极通过并联的方式与金属盲板上的绝缘电极连接。本发明的吸气剂泵可以充分增大吸气剂材料的有效工作面积，以保证获得足够大的吸气速率和吸气总量，极大地提高了吸气剂激活过程中的加热效率，实现了整泵的低功率和高效率；还可以显著降低吸气泵泵体的温度。本发明的吸气剂泵内部结构简单，使用安全便捷，尺寸小、能耗低。

Description

一种新型结构的大抽速吸气剂泵
技术领域
本发明涉及一种新型结构的大抽速吸气剂泵，该吸气剂泵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，属于真空技术领域。
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。
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)。对于这两种结构，需要在泵体内设计专门的加热元件，吸气剂元件的激活都依靠辐射加热方式进行，既高温发热体如钽丝或W丝等高温合金发热，发热丝的温度通常在1500℃以上，通过辐射加热的方法使吸气剂元件加热到激活温度(通常在600℃以上)，由于吸气剂元件通常为导电材料，一旦发生位移、破损而与加热体接触，会导致短路现象，从而影响到吸气材料的正常激活，因此热丝与吸气剂元件之间通常留有较大的间隙，不利于充分利用吸气剂泵内部的有效空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型结构的大抽速吸气剂泵，该吸气泵使用安全便捷，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。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型结构的大抽速吸气剂泵，该吸气剂泵包括泵体和数个吸气功能模块，该泵体的上端为泵口，下端为带有绝缘电极的金属盲板，数个吸气功能模块通过金属支架固定在金属盲板上；每个吸气功能模块由若干个吸气剂元件和一个金属框架组成，若干个吸气剂元件并列固定在该金属框架上；若干个吸气剂元件的加热电极通过并联的方式与金属盲板上的绝缘电极连接。
本发明的吸气剂泵采用专门设计的吸气剂元件作为吸气功能部件。该吸气剂元件由高温共烧陶瓷加热片和贴合在该加热片表面的吸气材料构成。其中高温共烧陶瓷加热片作为加热体，其制备方法为：直接在氧化铝或氮化铝陶瓷生坯上印刷电阻浆料，然后在1600℃以上的高温下烘烧，再经电极、引线处理后即得。所述吸气材料通过丝网印刷、烧结的方法或者采用机械固定的方式贴合在加热片的表面。该吸气剂元件依靠热传导的方式使吸气剂材料激活。
在本发明中，由于氧化铝或氮化铝为绝缘材料，避免了传统内加热式吸气剂元件中热丝发生短路的可能。同时，由于依靠热传导的方式加热吸气剂材料，陶瓷加热片的工作温度仅需达到吸气剂材料的激活温度即可，从而相比于使用加热体辐射激活吸气剂材料的传统吸气剂泵而言，可以显著降低吸气泵泵体的温度。
若干个吸气剂元件采用机械固定的方式固定在金属框架上。为保证吸气效果，相邻的两个吸气剂元件之间留有0.3mm～5mm宽的缝隙。
在本发明中，吸气剂元件的长度为20mm～200mm，宽度为10mm～100mm，厚度为0.3mm～6.0mm，其中，加热片的厚度为0.2mm～2mm，其余为吸气材料的厚度。
在本发明中，位于泵体上端的泵口处设有法兰，即吸气剂泵的泵口为法兰口。为避免吸气剂泵在使用过程中由于振动、冲击等因素导致吸气剂材料掉粉，从而影响真空系统的安全，在泵口处焊接一层金属过滤网。
本发明的优点在于：
本发明的吸气剂泵采用专门设计的吸气剂元件，该吸气剂元件采用内加热结构，整体呈薄片状，可以充分增大吸气剂材料的有效工作面积，以保证获得足够大的吸气速率和吸气总量。同时，由于加热体集成于该吸气剂元件内部，极大地提高了吸气剂激活过程中的加热效率，实现了整泵的低功率和高效率。
本发明的吸气剂泵由于依靠热传导的方式加热吸气剂材料，陶瓷加热片的温度仅需达到吸气材料的激活温度即可，从而避免了传统结构的吸气剂泵中高温热丝的热量通过吸气材料的间隙辐射到不需要加热的泵体等位置，因此可以显著降低吸气泵泵体的温度。
本发明的吸气剂泵内部结构简单，使用安全便捷，尺寸小、能耗低。
附图说明
图1为本发明的吸气剂泵的结构示意图。
图2为本发明中吸气功能模块的结构示意图。
图3为本发明中吸气剂元件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，本发明的吸气剂泵包括泵体1和数个吸气功能模块2，该泵体1的上端为泵口3，下端为带有绝缘电极4的金属盲板5，数个吸气功能模块2通过金属支架6固定在金属盲板5上；每个吸气功能模块2由若干个吸气剂元件7和一个金属框架8组成；若干个吸气剂元件7并列固定在该金属框架8上；若干个吸气剂元件7的加热电极9通过并联的方式与金属盲板5上的绝缘电极4连接。
若干个吸气剂元件7采用机械固定的方式固定在金属框架8上。为保证吸气效果，相邻的两个吸气剂元件之间留有0.3mm～5mm宽的缝隙。
如图3所示，吸气剂元件7由高温共烧陶瓷加热片10和贴合在该加热片表面的吸气材料11构成。吸气剂元件7的长度为20mm～200mm，宽度为10mm～100mm，厚度为0.3mm～6.0mm，其中，加热片10的厚度为0.2mm～2mm，其余为吸气材料11的厚度。
如图1所示，位于泵体1的上端的泵口3设有法兰12，在该泵口处焊接有一层金属过滤网13，防止吸气剂泵在使用过程中由于振动、冲击等因素导致吸气剂材料掉粉，确保真空系统的安全。
实施例1
本实施例中，吸气剂泵的具体安装过程如下：
(1)制备专用吸气剂元件：采用丝网印刷方法将Zr-V-Fe吸气剂浆料印刷在陶瓷加热片两侧的表面上。本实施例中选用AlN基陶瓷加热片，具体尺寸为50mm×25mm×1.2mm；单面吸气剂材料的印刷面积为35mm×22mm，厚度为0.5mm。印刷好吸气剂材料的陶瓷加热片在真空环境下进行高温烧结，烧结温度为700℃。
(2)制作吸气功能模块：通过机械固定的方式将若干片制备好的吸气剂元件固定在一个金属框架内，制成一组吸气功能模块。本实施例中使用了11个吸气剂元件，各个吸气剂元件之间的间隙为0.8mm，金属框架的材质为304不锈钢。
(3)制作吸气剂泵金属泵体：泵口选用标准的CF63内焊法兰，泵壁和泵底的金属盲板用304不锈钢材料加工，绝缘电极气密钎焊于金属盲板上。
(4)进行整泵的组装工作：首先，采用激光焊接方法将吸气功能模块焊接于金属支架上。然后，将带有金属支架的吸气功能模块固定于金属盲板上，并将吸气剂元件的电极与金属盲板上的绝缘电极相连接。之后，采用亚弧焊接方法将金属盲板、泵口分别与泵壁进行焊接。最后，将金属过滤网安装于泵口处。吸气剂泵制作完成。
本实施例吸气剂泵的参数如下：
吸气剂泵尺寸：泵体外径63mm，总高100mm；
激活工艺参数：功率110W，温度400℃，时间30min；
抽速：＞100L/s(室温工作，对于10-4Pa条件下的H2)。

Claims (10)

1.一种新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，包括泵体和数个吸气功能模块，该泵体的上端为泵口，下端为带有绝缘电极的金属盲板，数个吸气功能模块通过金属支架固定在金属盲板上；
每个吸气功能模块由若干个吸气剂元件和一个金属框架组成，若干个吸气剂元件并列固定在该金属框架上；
若干个吸气剂元件的加热电极通过并联的方式与金属盲板上的绝缘电极连接。
2.根据权利要求1所述的新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，所述吸气剂元件由高温共烧陶瓷加热片和贴合在该加热片表面的吸气材料构成。
3.根据权利要求2所述的新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，所述吸气材料通过丝网印刷、烧结的方法或者采用机械固定的方式贴合在加热片的表面。
4.根据权利要求2或3所述的新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，所述高温共烧陶瓷加热片采用以下方法制得：直接在氧化铝或氮化铝陶瓷生坯上印刷电阻浆料，然后在1600℃以上的高温下烘烧，再经电极、引线处理后即得。
5.根据权利要求1所述的新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，所述吸气剂元件采用机械固定的方式固定在金属框架上。
6.根据权利要求1所述的新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，相邻两个吸气剂元件之间的距离为0.3mm～5mm。
7.根据权利要求2或3所述的新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，所述吸气剂元件的厚度为0.3mm～6.0mm，长度为20mm～200mm，宽度为10mm～100mm。
8.根据权利要求7所述的新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，所述加热片的厚度为0.2mm～2mm，其余为吸气材料的厚度。
9.根据权利要求1所述的新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，所述泵口处设有法兰，并设有金属过滤网。
10.根据权利要求1所述的新型结构的大抽速吸气剂泵，其特征在于，所述绝缘电极通过钎焊的方式安装在所述金属盲板内，并与泵外电源设备连接。
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