【高斯摩分享】什么是涡轮分子泵？

涡轮分子泵

涡轮分子泵是一种高真空泵，通过高速旋转的涡轮叶片将气体分子从进气口定向抽向排气口，通常与前级泵（如旋片泵）联用，实现10⁻¹¹~10⁻¹ Pa（超高真空至中真空）的压力范围。其特点是无油污染、抽速快，广泛应用于半导体、科研、镀膜等领域。

1. 结构与工作原理

（1）核心组件

• 转子叶片：多级铝合金或钛合金涡轮叶片（转速约20,000~90,000 RPM）。

• 定子叶片：与转子交错排列，形成气体通道。

• 电机：高频交流电机或磁悬浮轴承电机（避免机械磨损）。

• 排气口：连接前级泵（如旋片泵），排出压缩后的气体。

（2）工作原理

• 动量传递：高速旋转的叶片撞击气体分子，使其向下级运动（分子流态下有效）。

• 压缩比：每级叶片对气体进行压缩，最终由前级泵排至大气。

• 工作压力范围：依赖分子流状态（需气体分子平均自由程＞叶片间距）。

• 注：涡轮分子泵在分子流态（压力＜10⁻¹ Pa）下效率高，需避免大气压下启动（会过热损坏）。

2. 关键性能参数

3. 涡轮分子泵 vs. 其他真空泵

4. 典型应用

• 半导体制造：晶圆刻蚀、离子注入设备的超高真空环境。

• 科研仪器：电子显微镜（TEM）、粒子加速器、质谱仪。

• 光学镀膜：制备高纯度薄膜（如AR镀膜）。

• 航天模拟：太空环境模拟舱的抽气系统。

5. 选型与使用注意事项

（1）选型要点

• 抽速匹配：根据腔体体积和所需真空度计算（如100 L腔体抽至10⁻⁶ Pa需抽速≥50 L/s）。

• 气体类型：轻气体（H₂、He）需选择高压缩比型号。

• 轴承类型：

• 机械轴承：成本低，寿命约3~5年。

• 磁悬浮轴承：无磨损，寿命长，但价格高。

• 兼容性：避免腐蚀性气体（如Cl₂、HF）或粉尘环境。

（2）操作与维护

• 启动顺序：先开前级泵（至10⁻¹ Pa以下），再启动涡轮泵。

• 停机保护：停机前继续抽气至低温（防止轴承油蒸气反流）。

• 防振动：安装时需减震底座，避免影响精密设备。

• 定期保养：检查轴承状态、清洁进气口滤网（若配置）。