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　　作为完整的抽气系统，低温泵由两部分组成，主体为真空泵体，第二部分为压缩机。现在得到广泛应用的都是制冷机式低温泵，其核心是低温制冷机。工作基本流程为：氦气首先被压缩到高温高压状态；再通过热交换器被冷却为常温氦气；经纯化后的高纯氦气最后经汽缸完成绝热膨胀，变成低温氦气。如此不断循环，氦气被不断降温，成为制冷介质—低温氦气。

　　选择低温泵的优势有：

　　①洁净，纯无油，抽气范围宽，可快速获得理想的超高真空环境；

　　②与口径相同的其它真空泵相比，低温泵有更大的抽速，尤其抽出水蒸汽的能力；

　　③对被抽气体无选择，杂质颗粒而不影响系统工作；

　　④可以任意角度安装，没有运动部件，不需要前级泵，运行和维护成本低；

　　⑤暴露大气对系统影响小，压缩机断水后可以自保护，所以可以实现无人值守。

真空系统的设计

　　真空炉选用低温泵系统，最大的问题就是解决热负载。真空炉中的热负载主要来自于三方面：

　　①来自炉体侧的热辐射；

　　②粘滞流状态下，气体分子携带走热量；

　　③来自泵口管道的热传导和辐射热量。

　　低温泵工作在分子流状态下，热源②可忽略。热源③可以通过增加水冷结构消除。设计时主要考虑来自炉体的热负载对低温泵的影响。真空炉内选择多层金属反射屏。真空炉最高加热温度为℃，共设计6层反射屏，内3层选钼屏，其余各层选不锈钢反射屏。理论上加热器通过辐射到达容器壁的温度约℃，温度随着时间会慢慢升高。多数情形，低温泵可装个90°弯头，以避免与真空室直通，这就进一步减少了传给泵的热负载，这也是减少热辐射最简单有效的方法。在分子流状态下，弯头对流导的影响可忽略，对超高真空系统而言比挡板更有效。为了进一步减少泵口管道热传导热和辐射对低温泵的影响，在弯头管道上设计了水冷结构。真空系统结构图如图1。

图1真空系统结构图

　　为了获得理想的超高真空，同时运用冗余技术，我们设计了分子泵机组和低温泵并联的真空系统。分子泵机组可以作为系统的预抽，这样当低温泵降温后可以直接在分子流状态下工作。

　　另外当真空室放气量比较大时，可以及时切换到分子泵抽气，这样既可以延长低温泵的抽气饱和时间，也可以节约再生时间。分子泵、低温泵都通过气动超高真空闸板阀和真空室连接。为保证系统洁净无油，同时最大程度发挥低温泵的抽气优势，选择了纯无油磁悬浮分子泵，前级泵选择了涡旋式干泵，低温泵再生时也用干泵抽气。真空系统原理图如图2真空系统主要配置。

图2真空系统原理图

　　当分子泵机组和压缩机同时启动，大约min后低温泵二级冷头从室温降到15K以下（可以开启低温泵阀门），此时真空炉系统的真空度可以达到10-5Pa，这样低温泵可以直接从高真空开始抽气。

表1真空系统主要配置结论

　　本套设备是一套典型的中型真空炉，应用于超高真空条件下的扩散焊工艺，热容量和表面积都大于同规格的热处理炉，自动化程度较高，配置低温泵更能发挥其显著优势。真空炉最终测试的极限压力为2×10-7Pa(冷态、空炉)，压升率为0.Pa/h。指标优于常用高真空炉。目前国内低温泵的应用大多还依赖进口，和相同口径的其它泵相比，价格也比较昂贵。但在高洁净工艺环境、纯无油真空和超高真空领域仍然有很大的优势，并且从使用成本和寿命上比较，低温泵并不比其它泵差。国内低温泵的研发目前还待成熟，尤其是压缩机技术，期待国内洁净真空泵行业的兴起。

来源：北京真空电子技术总公司　作者：卢少波

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