CN105179199B - 一种低温泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种低温泵，其包括法兰（1），与法兰（1）连接的真空腔体（2）、与真空腔体(1)连接的制冷机（3），其中，所述真空腔体（2）内还设有冷伞吸附组件(4)，所述冷伞吸附组件（4）通过其上的顶盖（7）固定在真空腔体（2）的顶部，所述冷伞吸附组件(4)包含中心板（10），阵列排布冷伞片(20)。制冷机（3）包含一级冷头、二级冷头。其中，制冷机（3）的一级冷头用于给80屏（6）和一级挡板（5）制冷，制冷机（3）的二级冷头用于给冷伞吸附组件（4）制冷。本发明的有益效果是：1、有效的提高低温泵抽取真空腔体内气体的速率；2、改善真空腔体内部的真空度；3、减少低温泵的制作和维修成本。
Description
技术领域
本发明涉及到一种低温泵，尤其涉及到一种带有冷伞吸附组件的低温泵。
背景技术
低温泵是利用低温表面冷凝气体的真空泵，又称冷凝泵。低温泵可以获得抽气速率最大、极限压力最低的清洁真空，广泛应用于半导体和集成电路的研究和生产，以及分子束研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、离子注入机和空间模拟装置等方面。
在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。它使气体凝结，并保持凝结物的蒸汽压力低于泵的极限压力，从而达到抽气作用。低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。①低温冷凝：气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上，其平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。抽空气时，冷板温度必须低于 25K；抽氢时，冷板温度更低。低温冷凝抽气冷凝层厚度可达10毫米左右。②低温吸附：气体分子以一个单分子层厚 (10-8厘米数量级)被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上。吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。如在 20K时氢的蒸气压力等于大气压力，用 20K的活性炭吸氢时吸附平衡压力则低于10-8 帕。这样就可能在较高温度下通过低温吸附来进行抽气。③低温捕集：在抽气温度下不能冷凝的气体分子，被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。
一般说来，泵的极限压力就是冷板温度下的被冷凝气体的蒸气压力。温度为120K时，水的蒸气压已低于10-8帕。温度为20K时，除氦、氖和氢外，其他气体的蒸气压也低于10-8帕。但由于被抽容器和低温冷板的温度不同，泵的极限压力高于冷凝物的蒸气压。对于室温下的容器，低温板为20K时，泵的极限压力约为冷凝物蒸气压力的4倍。
低温泵的热负载主要是气体的凝结热和周围壁面对工作冷板的辐射热。凝结热与气体种类有关，对于 80K、133.322帕·升的氮气冷凝在20K冷板上的凝结热为0.3～0.6焦耳。工作冷板接受的辐射热与周围壁面板温度和工作冷板温度两者的4次方之差成正比。因此，4.2K和20K工作冷板均用50～100K的冷板来屏蔽，以减少工作冷板所接受的辐射热。
图1为现阶段经常使用的低温泵，参照图1所示，其包括设置在顶端的法兰(1')，与法兰（1'）连接的腔体（2'）、与腔体(1')下端连接的制冷机（3'），设置在腔体（2'）内部的圆柱式气体吸附组件（4'）。由于圆柱式气体吸附组件（4'）粘结活性炭或其它吸附剂数量较少，对氢气，氦气，氖气等抽气速度较低，吸附效果不佳，不利于离子注入工艺中高真空获得与维持，同时，圆盘式气体吸附组件形状较复杂，制造成本较高。
现有技术中的低温泵还存在一个技术缺点就是，真空腔体内的气体不能形成环流，导致真空腔体内的气体难以抽取干净，以及抽取速度减慢。
另外，现有的低温泵抽气效果不佳，不能有效的抽取氢气，氦气，氖气，氮气，氩气，氧气等气体，导致低温泵体内的真空度不高等缺陷。
发明内容
为了解决现有的低温泵抽取速率较慢，抽取效果不佳等技术缺陷，以及提高低温泵里面的真空度，本发明提供一种新型的低温泵。
为了实现上述技术目的，本发明提供一种新型的低温泵，其包括法兰，与法兰连接的真空腔体、与真空腔体连接的制冷机，其中，所述真空腔体内还设有冷伞吸附组件，所述冷伞吸附组件通过其上的顶盖设置在真空腔体内的顶端，其中，冷伞吸附组件包含中心板，阵列排布冷伞片，制冷机包含一级冷头和二级冷头。
本发明的优选实施方案是，所述中心板为圆形板，所述阵列排布冷伞片分为第一阵列冷伞片，第二阵列冷伞片，第三阵列冷伞片，第四阵列冷伞片。
本发明的优选实施方案是，所述第一阵列冷伞片，第二阵列冷伞片，第三阵列冷伞片，第四阵列冷伞片以轴为对称排列，并围成一个圆周形。
本发明的优选实施方案是，所述第一阵列冷伞片，第二阵列冷伞片，第三阵列冷伞片，第四阵列冷伞片以轴为对称排列，并围成一个多边形。
本发明的优选实施方案是，所述一阵列冷伞片，第二阵列冷伞片，第三阵列冷伞片，第四阵列冷伞片上均设有活性炭。
本发明的优选实施方案是，所述冷伞吸附组件顶盖为圆形，在所述冷伞吸附组件顶盖的每条边上均开有若干个吸附小孔。
本发明的优选实施方案是，所述真空腔体内还设有一级挡板，所述一级挡板设置在冷伞吸附组件的上端。
本发明的优选实施方案是，所述一级挡板为环状百叶窗，所述一级挡板采用紫铜材料制作而成，并表面镀镍。
本发明的优选实施方案是，所述低温泵的腔体内还设有80K屏，所述80K屏设置在冷伞吸附组件的下端，80K屏为保温屏。
本发明的优选实施方案是，制冷机的一级冷头用于给80K屏和一级档板制冷，制冷机的二级冷头用于给冷伞吸附组件制冷。
在本发明中，冷伞吸附组件的功能是吸收和捕捉真空腔体内氦气，氖气，氮气，氩气，氧气等气体的一种吸附冷板，其上面粘有活性炭板等物质。
本发明的有益效果是：1、有效的提高低温泵抽取真空腔体内气体的速率；2、改善真空腔体内部的真空度；3、减少低温泵的制作和维修成本。
附图说明
图1 为现有技术中的低温泵的剖面结构示意图。
图2为本发明的剖面结构示意图。
图3为本发明的冷伞吸附组件的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚的叙述本发明的技术方案，下面结合附图对本发明做进一步的说明。
冷伞吸附组件4的功能是吸收和捕捉真空腔体内的氦气，氖气，氮气，氩气，氧气等气体的一种吸附冷板，其上面粘有活性炭板或其他吸附材料。
80K屏是一种温度隔离板，其目的是控制80K屏内的温度在开氏15K~100K左右。
图2为本发明的结构示意图，参照图2所示，一种低温泵，其包括上端的法兰1，与法兰1连接的真空腔体2，与真空腔体2下端连接的制冷机3，制冷机3可以给一级挡板5和冷伞吸附组件4，以及真空腔体2内进行制冷，法兰1与真空腔体2通过密封方式进行密封，真空腔体2与制冷机3通过密封方式进行密封。在真空腔体2内还设有冷伞吸附组件4，冷伞吸附组件4固定设置在真空腔体2的上端，冷伞吸附组件4设有顶盖7，其中，顶盖7为正六边形或圆形或多边形，在顶盖7的每条边上均开有若干个吸附小孔8，气体通过吸附小孔形成的空气对流孔，加速真空腔体2内的空气抽取速度，提高真空腔体2内的真空度。
在冷伞吸附组件4的上端还设有第一挡板5，通过第一挡板5可以阻止腔体2外的气体进入到腔体2内。在冷伞吸附组件4的下端还设有80K屏6，80K屏6起到保温作用，80K屏为低温保护屏，通过80K屏6控制80K屏内的温度在开氏15K~100K左右。法兰1与腔体2采用真空密封方式连接。腔体2的下端与制冷机3采用真空密封方式连接。其中，顶盖7与冷伞吸附组件4采用铆接或焊接的方式进行固定。
制冷机包含一级冷头和二级冷头，其中，一级冷头用于80K屏6和一级挡板5的制冷，二级冷头用于冷伞吸附组件4的制冷。
图3为本发明冷伞吸附组件的结构示意图，参照图3所示，冷伞吸附组件4，其包括中心板10、阵列排布冷伞片20，其中，阵列排布冷伞片20又分为第一阵列冷伞片21，第二阵列冷伞片22，第三阵列冷伞片23，第四阵列冷伞片24，其中，第一阵列冷伞片2，第二阵列冷伞片20，第三阵列冷伞片21，第四阵列冷伞片（22）排列设置在中心板10的周围，并围成一个圆形或方形结构。中心板10截面为圆形或方形或圆弧形的结构。第一阵列冷伞片21，第二阵列布冷伞片22，第三阵列冷伞片23，第四阵列冷伞片24均包含两片以上的冷伞片25。第一阵列冷伞片2，第二阵列冷伞片20，第三阵列冷伞片21，第四阵列冷伞片（22）中相邻的两个冷伞片25等距。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为详细，只要本领域的技术人员在查看到本发明的实施例后，不脱离本发明构思的前提下，所做的改变都属于本发明的保护范围。但本文所述的实施例不能理解为对本发明的保护范围限制。
Claims (7)
1.一种低温泵，其包括法兰（1），与法兰（1）连接的真空腔体（2）、与真空腔体(1)连接的制冷机（3），其特征在于，所述真空腔体（2）内还设有冷伞吸附组件(4)，所述冷伞吸附组件（4）通过其上的顶盖（7）固定在真空腔体（2）内，所述冷伞吸附组件(4)包含中心板（10）和阵列排布冷伞片 (20)，所述中心板（10）为圆形板，所述阵列排布冷伞片 (20)分为第一阵列冷伞片 (21)，第二阵列冷伞片 (22)，第三阵列冷伞片（23），第四阵列冷伞片（24），所述第一阵列冷伞片 (21)，第二阵列冷伞片 (22)，第三阵列冷伞片（23），第四阵列冷伞片（24）至少包含两片冷伞片，所述冷伞吸附组件（4）顶盖（7）为正六边形，在所述冷伞吸附组件（4）顶盖（7）的每条边上均开有若干个吸附小孔（8）。
2.根据权利要求1所述低温泵，其特征在于，所述第一阵列冷伞片 (21)，第二阵列冷伞片 (22)，第三阵列冷伞片（23），第四阵列冷伞片（24）以轴为对称排列，并围成一个圆形。
3.根据权利要求1所述低温泵，其特征在于，所述第一阵列冷伞片 (21)，第二阵列冷伞片 (22)，第三阵列冷伞片（23），第四阵列冷伞片（24）以轴为对称排列，并围成一个多边形。
4.根据权利要求1所述低温泵，其特征在于，所述第一阵列冷伞片 (21)，第二阵列冷伞片 (22)，第三阵列冷伞片（23），第四阵列冷伞片（24）上均设有活性炭。
5.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于，所述真空腔体（2）内还设有一级挡板（5），所述一级挡板（5）设置在冷伞吸附组件（4）的上端。
6.根据权利要求5所述的低温泵，其特征在于，所述一级挡板（5）为环状百叶窗，所述一级挡板（5）由紫铜制作而成，其表面镀镍。
7.根据权利要求1所述的低温泵，其特征在于，所述低温泵的真空腔体（2）内还设有80K屏（6），所述80K屏（6）设置在冷伞吸附组件（4）的下端，所述制冷机（3）的一级冷头用于给80K屏（6）和一级挡板（5）制冷，所述制冷机（3）的二级冷头用于给冷伞吸附组件（4）制冷。
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