鈦泵鈦泵的類型

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和無機腐蝕性液體，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，揚程4～125m。

按照鈦泵的工作原理，又被稱為濺射離子泵。

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。

在鈦泵陽極筒中運動的電子，有軸向速度分量Vz和徑向速度分量Vr，因為Vr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，電子的運動為軸向的直線運動和橫截面上的輪滾線運動。在橫截面上電子輪滾線運動半徑的大小是電子速度和磁場強度的函數(shù)，電子速度愈大（陽極電壓愈高），輪滾線的圈愈大；磁場愈強，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，必須加一個較強的軸向磁場。在軸線方向，當(dāng)電子向陽極筒的中心截面運動時，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動，過中心截面后又開始減速，如此不停的重復(fù)上述運動。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。

（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：10-8帕

（2） 抽速：

鈦泵的抽速與陽極電壓和磁場強度有關(guān)，磁場強時抽速也大，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：10-2帕

（4） 壽命：

a、陰極耗盡壽命

陰極鈦板因濺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)壓強的不規(guī)則強烈變化，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度下的放電電流Iion（mA）與壓強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，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。