油擴散真空泵是利用低壓、高速和定向流動的油蒸氣射流抽氣的真空泵，簡稱油擴散泵。其原理是在分子流條件下，氣體分子不斷地向蒸流中擴散，並被蒸汽帶向泵出口處逐級被壓縮後再由前級泵排除。
基本介紹
- 中文名：油擴散真空泵
- 外文名：Oil diffusion pump
- 學科：套用物理
- 類別：真空製備設備
- 簡稱：油擴散泵
- 影響因素：泵油的蒸氣壓
結構與工作原理,性能影響因素,分類與特點,使用事項,
結構與工作原理
下圖是擴散泵的結構示意圖。
油擴散泵時藉助於噴嘴中高速噴出的油蒸氣噴流的動量而輸運氣體的真空泵。從這種意義上講，應該稱其為蒸氣噴流泵，但發明人蓋卻強調氣體擴散混入蒸氣流的過程而命名為擴散泵，一直沿用至今。用油形成蒸氣的叫油擴散泵，用水銀形成蒸氣的叫水銀擴散泵。因水銀操作麻煩且對人體有害，現在已不大實用。
當油蒸汽從傘形噴咀(如I級噴咀)以超音速噴出後，其速度逐漸增大，壓力及密度逐漸降低，射流上邊的被抽氣體A因密度差要向蒸汽射流中擴散並被射流攜帶到水冷的泵壁處B，在B處，工作蒸汽大部分被冷凝成油滴沿泵壁流回到油鍋中循環使用，而被抽氣體在B處堆積、壓縮，最後被下級射流攜帶走，以達到逐級壓縮，最後被前級泵抽走。
用三級噴嘴噴油形成噴流的擴散泵，隨年代的發展如圖1所示。擴散泵油鍋中的泵油在真空中加熱到沸騰溫度（約200℃），產生大量的油蒸氣，油蒸氣經導流管由各級噴嘴定向高速噴出。由於擴散泵進氣口附近被抽氣體的分壓力高於蒸氣流中該氣體的分壓力，所以被抽氣體分子就不斷的擴散到蒸氣流中。油蒸氣撞擊被抽氣體分子，是被抽氣體分子沿蒸氣流束的方向高速運動。氣體分子碰到泵壁又反射回來，再碰到蒸氣流的碰撞而重新沿蒸氣流方向流向泵壁。經過幾次碰撞後，氣體分子被壓縮到低真空端，再由下幾級噴嘴噴出的蒸氣流進行多級壓縮，最後由前級泵抽走。而油蒸氣在冷卻的泵壁上被冷凝後又返回到油鍋中重新被加熱，如此循環工作。
性能影響因素
影響擴散泵性能的主要因素有：
(1)擴散泵油蒸氣的返流，解決的方法是在真空系統上加裝冷阱，能有效地防止油蒸氣的返流。
(2)氣體分子的反擴散，通過在高真空機組中增加羅茨泵或雙機械泵，增大前級泵的抽速，降低擴散泵出氣口的壓力，這樣不僅可減少氣體分子的反擴散，而且還能減少油蒸氣的返流。
(3)擴散泵油的裂化分解，採用合格的擴散泵油防止裂化分解。
(4)擴散泵髒化，污染物留在泵內重複循環，應對擴散泵進行清洗，並更換泵油。
分類與特點
新國家推薦標準將油擴散泵分為K系列（直腔泵）、KT系列（凸腔泵）2個系列，主要依據泵的外形差異進行區別。實際上市場現存的產品除包括上述2類外，還包括KA系列（直腔矮泵）、KTD系列（凸腔低返油泵）、KC系列（寬區域泵）等；按噴帽、噴嘴數量分有5級、4級、3級等形式。
泵系列的演變是隨著我國科技人員對油擴散泵研究的深入和解決實際就用問題的過程中逐步完善的。例如，在允許稍許降低泵的抽氣速率指標下，通過合理的調節泵芯各級間距，可以降低泵的高度，從而減小空間高度，於是出現了直腔矮泵。實踐發現在泵口尺寸不變的情況下增加泵腔尺寸可以將泵的抽氣速率平均提高30%，甚至50%，對大泵來說也有一定的效果，我公司新研製的地么1200mm的凸腔泵比直腔泵的抽氣速率提高20%，由於提速效果明顯，凸腔泵很快系列化，並成為油擴散泵的主流產品，廣泛套用於各類真空套用設備中。隨著半導體管行業的發展，提出了潔淨真空的要求，必須嚴格限制泵液返流率，甚至要求無油真空的環境，因此只有降低泵本身的返流率並配置合理有效的防返油裝置才能解決問題，於是凸腔低返油泵系列應運而生，該類泵的泵腔、泵腔的設計與凸腔泵有明顯的不同，設計參數突破了原有的選擇範圍，並不只是簡單地將水冷擋油帽置於泵腔內的結構，實際表明，凸腔低返油泵和預期的效果尚有差距，需進一步改進探索。油擴散泵在10-4——10-2Pa範圍具有穩定的抽氣速率，壓力高於10-1Pa時抽氣速率降幅非常大，形成明顯的拐點，使油擴散泵與前級泵不能很好地銜接，延長抽氣時間，新生的寬區域泵在不改變泵原有的性能指標的情況下，提高泵在高壓力區域的抽氣速率，同時提高泵的臨界前級壓力，使抽氣效率明顯增大。
外國公司的油擴散泵一般根據用途、配套的輔助部件（如擋板）的不同來劃分系列：ULVAC公司分為ULK系列、UF系PEL系列；BOC Edwards公司按用途分科研、工來和彩管行業用泵，有Standard DIFFSTAIC、Cryo-cooled DIFFSTAIC、HT和EO系列；Pfeiffer公司分為DIF系列和DIFC系列；Leybold公司是DIP系列。各公司一般將科研用泵和工業用泵、通用型和專用型泵、小口徑泵和大口徑泵區別開來，有的公司將泵、阱、閥、冷卻和電控集合為一體，方便了用戶的使用。外國公司產品聯體界面，豐富產品類型的同時簡化了用戶使用手續，降低對用戶專業化知識的要求。
使用事項
使用注意事項如下：
(1)定期檢查泵的性能，更換符合要求的擴散泵油，參見使用說明書。
(2)擴散泵加熱前及工作過程中冷卻水必須保證暢通，停止加熱後，必須保證泵油已完全冷卻後才能關閉冷卻水，具體冷卻到什麼溫度才關閉冷卻水，詳見說明書。
(3)擴散泵停止工作時，泵內應保持真空狀態，避免放人大氣造成泵油氧化，以延長泵油壽命。
(4)只有達到擴散泵的前級真空度時，才能進行加熱，否則會加速泵油的氧化。
(5)被抽的應當是乾燥、無腐蝕、無灰塵氣體。
(6)如果擴散泵正常工作時真空度突然下降，應首先檢查加熱器是否斷路，再檢查是否存在漏點。
(7)新安裝的擴散泵達不到極限真空度，應檢查密封是否可靠，裝配是否正確。
(8)擴散泵工作過程中，應注意前級機械泵的工作情況，因為前級機械泵變壞後，直接影響油擴散泵的正常工作。
(9)要求機械泵的極限壓力應比擴散泵前級壓力低一個數量級。
