正宇真空设备
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低温冷凝的理论极限压力 低温冷覆的极限压力主要取决于低温板温度下气体的饱和蒸气压。不考虑被抽 容器的放气和漏气,低温冷凝抽气的理论极限压力。为
p√7
式中P—低温泵的理论极限压力 低温板温度T。下的气体饱和蒸气压,Pa;
T—入射到低温板的气体温度,K;
7—低温板温度,K
当7k=300K,7,=20K,代入式(230)得
(2-31) 在没抽气体成分是影响泵的理论极限压力重要参数,影响最大的气体是氢和氦, 2K液氮温度下,氮和氢的饱和蒸气压分别为105Pa和7×105Pa,氖在该温 度下的饱和蒸气压是10-16Pa,可用液氮温度的低温板完全清除氖。用机械泵将容 器中的大气抽至10Pa时,容器中剩余的氢、氖、氦分压约为2.35×10-4Pa。如果 用分子筛吸附泵预抽真空时,情况更为不利,估计这些难以冷凝的气体分压高达 10-Pa
表2-19和表220分别给出了气体(氦、氢、氖)的饱和蒸气压和低温板在不 同温度下抽除300K气体,按公式(231)计算的理论极限压力。 2.4.3.2低温吸附的理论极限压力 任何真空系统都不可避免地存在泄漏和材料出气,仅用10~20K的低温板抽 气时,泵的极限压力将随抽气时间逐渐升高,原因是空气中含有2.35×105的难
以抽除的气体(氖1.8×10-5;氦5×10-6;氢5×10-7),而氢又是材料出气的 主要气体成分,所以,现代低温泵的低温板上都涂有活性炭、分子筛等吸气剂材 料,利用低温吸附来抽除难以抽除的氢、氖、氦气体。
给出的公式(2-30)仍适用于粘有活性炭、分子筛的低温泵,计算低温冷凝理 论极限压力,需要将公式中的p用低温板温度下吸附剂吸附气体量v后的平衡气 体压力p代替。图243给出了活性炭和5A[图2-43(a)]、13X[图2-43(b)]分 子筛对N2、H、He、Ne的吸附等温线。通常条件下,使用活性炭,比分子筛具 有更强的吸附能力
般吸附剂吸附气体的平衡压力力比该温度下冷凝气体的饱和蒸气压p。低数 个数量级,低温泵的理论极限压力受限于气体的饱和蒸气压。设计低温泵可取最低 工作压力的1/10~1/100作为泵的极限压力设计上限,由此可以确定低温板的温 度、吸附剂吸附量的最大值Vmax和泵工作寿命tmax(两次再生之间的时间)。
2.4.3.3低温泵实测极限压力 测试低温泵的极限压力时,真空泵维修通常采用与扩散泵相同的测试罩,这时测量到的极 限压力是气体的饱和蒸气压和空载时容器内总的气体负荷与泵的抽速之比,即
h=b⊥Q
(2-32) 式中p—低温泵的实测极限压力,Pa; 低温泵的理论极限压力,Pa; Q空载真空容器总的气体负荷(漏气和气壁材料出气),Pa·L/s; S—低温泵的有效抽速,L/ 由于低温泵冷凝的理论极限压力远低于吸附的极限压力,不带吸附材料的低温 泵应用公式(232)中的p是低温冷凝理论极限压力;带有吸附材料的低温泵, 式(2-32)中的力为泵的低温吸附理论极限压力。 真空容器空载条件下器壁材料出气是泵的主要气体负载(忽略漏气影响), 些常用材料的出气速率见表2-21