鈦升華泵工作原理

鈦升華泵（Ti升華泵）的抽氣機理是化學吸附。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。

鈦升華泵（Ti升華泵）主要由泵體和升華器組成（圖1）。泵體材料為不銹鋼。泵體采用水或液氮冷卻。泵體高度與泵口直徑之比一般為1～2，水冷卻取大值，液氮冷卻取小值。依使用的鈦材形狀和加熱方式不同，升華器有多種結(jié)構形式。

圖2a、 b分別是純鈦絲和鈦鉬合金絲直接通電加熱的升華器。這兩種升華器的結(jié)構簡單，成本低；但鈦升華率或蒸發(fā)率（指單位時間內(nèi)單位面積升華的量）低，利用率也很低（約為40%）。圖2c是輻射加熱的鈦球升華器。它由薄殼鈦球和內(nèi)部的鎢絲加熱器組成。這種升華器升華率大、利用率高（約達70%）。在大型泵里裝有幾個鈦球,平均升華率可達2.5克/時，抽氣速率達數(shù)十立方米每秒。此外，還有電子轟擊加熱鈦片升華器和鈦棒升華器等。

鈦升華泵（Ti升華泵）的抽氣速率與被抽氣體的種類及其壓力、鈦的升華率、鈦膜面積和鈦膜溫度等因素有關。

在壓力高時，泵的抽速決定于升華率。為獲得大的抽氣速率，壓力越高升華率應越大，但在低壓力下太大的升華率是不必要的。在 10-7帕壓力時的升華率只有10-3帕時的1%即可。在超高真空時常采用斷續(xù)升華，如10-8帕時每隔幾小時才升華1分鐘。

經(jīng)徹底烘烤去氣的泵，用水或液氮冷卻對極限壓力的影響不大，但對抽氣速率的影響很大。液氮冷卻的抽氣速率一般比水冷卻的大1～4倍。

啟動鈦升華泵需要1～10^-2帕的預真空，同時進行烘烤去氣（泵每次暴露于大氣壓后都要進行烘烤去氣）。

烘烤去氣是獲得超高真空的必要條件。泵經(jīng)徹底烘烤去氣后，可以獲得低的極限壓力和縮短達到極限壓力的抽氣時間,還能使泵壁更清潔,沉積的鈦膜不易脫落和避免放氣等。一般以300～400℃溫度烘烤12～24小時。

泵啟動后泵壁不宜馬上冷卻，應讓升華的鈦在其上沉積幾分鐘后再冷卻，這樣鈦膜就不易脫落。

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，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。泵口的流導也往往限制泵的抽速。因此在設計泵時，泵吸氣面的總吸氣能力要小于泵口的流導。

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

(1)鈦升華泵需要一定的預真空，才能啟用，原因是當氣體壓強較高時，氣體分子密度較大，蒸發(fā)出的鈦原子在空間飛行中同氣體分子碰撞頻繁而不能形成有效的鈦膜，既使形成鈦膜也易于氧化。

(2)由于鈦膜與氣體的作用機理屬化學吸附，因此抽速與被抽氣體的種類有很大關系，即對活性分子的抽速最大，而對惰性氣體不能吸附。因此它不能作為主泵抽除空氣。一般需與濺射離子泵配合使用。

(3)當壓強P<10^-4帕時，鈦升華器無需連續(xù)蒸鈦，可間歇循環(huán)使用，這樣既延長了泵的壽命，又降低了泵壁溫度，利于抽氣。因此在設計電源時，必須設計自動/時間可調(diào)/間歇循環(huán)等功能。

(4)為避免鈦膜脫落，鈦膜沉積面要經(jīng)嚴格的化學清洗和電解拋光，第一次使用時必須徹底去氣。

(5)每次使用時，一定要使鈦沉積面冷卻良好，否則鈦膜附著不牢可能脫落，導致抽氣效率降低。

(6)鈦膜對H₂的溶解度很大。溶解在鈦膜中的H₂容易釋放出來，因此，H₂常常稱為影響極限真空的重要因素。所以在使用一段時間后，常需將泵體烘烤到300℃，以去除這類容易脫附的氣體。

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)構如圖《鈦泵結(jié)構原理》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。

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。