鈦泵工作原理

在鈦泵陽極筒中運(yùn)動的電子，有軸向速度分量Vz和徑向速度分量Vr，因?yàn)閂r與軸向磁場Bz垂直，電子會受到洛侖茲力F=eVr′Bz作用，所以陽極筒內(nèi)的電子除受到軸對稱的電場力作用外，還受到eVr′Bz的洛侖茲力作用，電子的運(yùn)動為軸向的直線運(yùn)動和橫截面上的輪滾線運(yùn)動。在橫截面上電子輪滾線運(yùn)動半徑的大小是電子速度和磁場強(qiáng)度的函數(shù)，電子速度愈大（陽極電壓愈高），輪滾線的圈愈大；磁場愈強(qiáng)，輪滾線的圈愈小。當(dāng)陽極電壓較高時，為了避免電子“滾落”到陽極上，必須加一個較強(qiáng)的軸向磁場。在軸線方向，當(dāng)電子向陽極筒的中心截面運(yùn)動時，受電場力的加速作用，電子的速度愈來愈大，越過中心截面后，電場力起阻礙作用而使電子做減速運(yùn)動，靠近陰極板時Vz衰減為零，電子重新受電場力的加速作用而反向加速運(yùn)動，過中心截面后又開始減速，如此不停的重復(fù)上述運(yùn)動。電子在陽極筒中經(jīng)過很長的路程才落到陽極上。大量電子受磁場約束，以滾輪線的形式貼近陽極筒旋轉(zhuǎn)，形成一層電子云。旋轉(zhuǎn)電子云的旋轉(zhuǎn)頻率約為100兆赫茲量級，電子密度可達(dá)1010（個/厘米3）量級。上述現(xiàn)象稱為潘寧放電。

氣體分子和旋轉(zhuǎn)的電子碰撞而被電離，氣體離子在電場的作用下，飛向并轟擊陰極鈦板。離子轟擊鈦板產(chǎn)生兩種作用：1、濺射鈦，形成鈦膜；2、打出二次電子。

濺射出來的鈦原子，淀積在陽極內(nèi)壁和陰極板上，形成新鮮的鈦膜維持鈦泵的抽氣能力。離子的濺射能力隨入射離子的能量、質(zhì)量和入射角的不同而不同，能量大，質(zhì)量大的離子的濺射能力也大；斜射比垂直轟擊的效果要好。為了保證陽極筒上的鈦膜的吸氣能力，必須保證足夠的濺射率，即要求有足夠的電壓，以保證離子得到足夠的轟擊能量。離子轟擊鈦板，可打出二次電子，二次電子受電磁場作用進(jìn)入旋轉(zhuǎn)電子云里，補(bǔ)充失去的電子。每個氣體分子被電離的同時，都至少放出一個電子，這些電子也進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)電子云里，它們和二次電子一起補(bǔ)償因跑到陽極上而損失的電子，從而能不斷地維持潘寧放電。

鈦泵可分為二極型和三極型，三極型可提高對氬（Ar）的抽速。二極型鈦泵的結(jié)構(gòu)如圖《鈦泵結(jié)構(gòu)原理》所示，陽極A由許多個厚0.1~0.3mm，直徑為12~40mm的不銹鋼薄壁圓筒構(gòu)成，在陽極的兩端加有1~3mm厚的鈦陰極K。陽極筒的軸線與陰極面垂直，二者之間加3~7KV的電壓，陽極筒的軸向加1000~3000高斯的均勻磁場。

titanium pump

耐腐蝕泵的一種。指與被送液體相接觸的零部件用鈦或鈦合金制成的泵?；び免伝蜮伜辖鸨枚酁殡x心泵。

可用于輸送多種有機(jī)和無機(jī)腐蝕性液體，特別適于輸送含氯的鹽類溶液，不能輸送發(fā)煙硝酸、氫氟酸、濃度>30%的鹽酸。

鈦和鈦合金泵價格較貴，一般僅在其他材料的耐蝕泵不能勝任的情況下應(yīng)用。

鈦或鈦合金離心泵一般為鑄造和焊制而成，其流量5.7～400m3/h，揚(yáng)程4～125m。

按照鈦泵的工作原理，又被稱為濺射離子泵。

（1） 對活性氣體的抽除

對N2、O2、CO和CO2等氣體的排除主要靠淀積于陽極筒內(nèi)壁上的鈦膜的化學(xué)吸附。

（2） 對氫氣的抽除

對氫氣的抽除有化學(xué)吸附，也有擴(kuò)散、吸收、溶解作用。

（3） 對惰性氣體的抽除

對惰性氣體的排除，主要靠離子“掩埋”，被電離的惰性氣體的離子轟擊陰極時，有以下三種情況：

a、離子直接打入陰極內(nèi)，或打入陰極邊緣對面的陽極板上的鈦淀積層內(nèi)；

b、斜射的離子切入陰極表面，離子和鈦一起被掀掉而沉積在陰極板的周圍或其它地方；

c、離子沒有打入板內(nèi)，但是從陰極得到電子而復(fù)合為中性原子，然后又反射到陽極內(nèi)表面的鈦膜中。

（1） 極限壓強(qiáng)：10-8帕

（2） 抽速：

鈦泵的抽速與陽極電壓和磁場強(qiáng)度有關(guān)，磁場強(qiáng)時抽速也大，對應(yīng)最佳抽速的陽極電壓也高。常用鈦泵的抽速有25升/秒、5升/秒。對于需要大抽速的場合，可用基本結(jié)構(gòu)單元并聯(lián)的方式使抽速達(dá)到50升/秒、100升/秒等。

（3） 啟動壓強(qiáng)：10-2帕

（4） 壽命：

a、陰極耗盡壽命

陰極鈦板因?yàn)R射穿通而使泵無法使用。

b、陽極剝落壽命

陽極內(nèi)沉積鈦膜的厚度太大時會產(chǎn)生剝落，導(dǎo)致泵內(nèi)壓強(qiáng)的不規(guī)則強(qiáng)烈變化，使泵無法使用。

c、陽極吸飽壽命

陽極上吸附和溶解了大量的氦氣、氫氣，當(dāng)達(dá)到飽和狀態(tài)時泵不能再吸附氣體。

在正常使用情況下，濺射離子泵的壽命可達(dá)幾萬小時。

鈦泵的電源是高內(nèi)阻電源，其空載輸出電壓在3~7KV間，但負(fù)載電流大時，輸出電壓降至400V左右。一般濺射離子泵使用5KV倍壓整流電源?？梢杂昧鬟^鈦泵陰陽極的放電電流反映所抽空間的真空度。濺射離子泵在額定電壓與磁場強(qiáng)度下的放電電流Iion（mA）與壓強(qiáng)P（Torr）有一定的曲線關(guān)系。所以通過離子泵電源可反映出壓強(qiáng)的大小。

泵電源的面板上顯示有：輸出直流高壓和鈦泵放電電流等。

升華泵是一種用間斷或連續(xù)方式升華蒸發(fā)吸氣材料以達(dá)到抽氣目的的捕集真空泵。

升華泵的主要吸氣材料是鈦，所以鈦升華泵從六十年代后半期已被普遍應(yīng)用。在小型系統(tǒng)中，鈦升華泵往往作為增加濺射離子泵活性氣體抽速和提高系統(tǒng)極限真空度的輔助泵。在大型真空系統(tǒng)(要求抽速10萬升/秒以上)中，則作為主泵。

（1）抽氣速率。鈦的升華速率是決定其抽速的主要因素之一。若吸氣面積足夠大時，在一定的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，升華速率高，則泵的抽速大。鈦膜的沉積速率與吸氣量要適應(yīng)，否則第一層鈦膜吸氣尚未飽和，第二層又覆蓋上去，即使升華率很高，抽速增加也有限。為了維持恒定的抽速，減少鈦的消耗，必須對升華率進(jìn)行調(diào)節(jié)。真空度高時需降低升華率，真空度低時需增大升華率。

此外，吸氣表面也決定抽速的大小，吸氣面積越大，泵的抽速也越大。泵口的流導(dǎo)也往往限制泵的抽速。因此在設(shè)計泵時，泵吸氣面的總吸氣能力要小于泵口的流導(dǎo)。

（2）極限真空。這種泵的極限真空與泵啟動前的預(yù)真空有關(guān)，如果使用機(jī)械泵達(dá)到的預(yù)真空，則該泵可達(dá)到10^-4-10^-5帕的極限真空。如果用渦輪分子泵達(dá)到的預(yù)真空，則可達(dá)到10^-7-10^-8的超高真空。

鈦升華泵（Ti升華泵）的抽氣機(jī)理是化學(xué)吸附。升華器升華的鈦沉積在冷的泵體壁面上，形成新鮮的鈦膜，對氮、氧和一氧化碳等活性氣體有比較強(qiáng)烈的吸附作用（見表），并形成氮化鈦、碳化鈦和氧化鈦等穩(wěn)定的化合物，但對惰性氣體和甲烷幾乎不吸附。鈦膜吸附氣體只能是單分子層的，在已吸附氣體分子的位置上不能再吸附氣體。因此，鈦升華器必須不斷地升華，使泵體壁面上不斷地沉積新的鈦膜，才能達(dá)到連續(xù)抽氣的目的。 鈦升華泵為了克服鈦升華泵吸附惰性氣體差的缺點(diǎn)，通常把它與濺射離子泵（見吸氣劑離子泵）配合使用或組合成復(fù)合鈦泵，這樣就可發(fā)揮各自的長處。鈦升華泵的抽氣速率大，離子泵能抽惰性氣體和甲烷，可獲得更低的極限壓力。如先用能抽惰性氣體氬和活性氣體的分子篩吸附泵作為預(yù)真空泵，用這3種泵組成機(jī)組,抽氣時無油污染、無振動噪聲，是獲得無油超高真空的重要方法。