在地球大氣層任何地方造成真空要抽掉組成大氣層的分子(主要為氮、氧、二氧化碳,以及常見(jiàn)的約150種污染物).分子的抽取一直要持續到獲得預期基本的真空水平。
抽取的過(guò)程在此后通常會(huì )繼續以保持需要的真空水平進(jìn)行工作。這項工作可能涉及電子顯微鏡、 氣相色譜－質(zhì)譜(GC-MS)、表面分析、分子束系統、先進(jìn)的材料焊接、大型真空爐，甚至模擬太空環(huán)境.
最常見(jiàn)的一種用于高真空應用的是油擴散真空泵(或者更正確地說(shuō)、蒸氣噴射泵)。油擴散真空泵是最早、最可靠的途徑，在25°C能創(chuàng )造10-10 Torr真空或更低。擴散泵的首次設計要追溯到1915年，發(fā)明者是Irving Langmuir。原來(lái)是用水銀擴散泵液，可以承受的溫度提高了，但缺點(diǎn)是有毒。噴射泵的設計經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)和合成液體的進(jìn)步使得更高程度的真空能夠實(shí)現。雖然測量氣壓的單位眾多，但Torr(陶而)卻是最常用的。在海平面正常的大氣壓下，無(wú)液氣壓計的水銀柱高29.92英寸，29.92英寸等于760毫米水銀或760Torr。為了測量很高的真空下極低的壓力,也可使用微米(1000微米為1毫米)作單位，因此，真空擴散泵實(shí)現了10-3Torr真空也可以說(shuō)已經(jīng)到了1微米的真空。
10-3Torr真空雖已大量抽取出大氣分子，但實(shí)際上在這一水平上真空擴散泵剛開(kāi)始運作。因為油擴散真空泵開(kāi)始工作，內腔不能有完全的大氣壓。相反,一個(gè)輔助 低真空機械泵(或前置真空泵)能夠少量的抽壓，它首先使油擴散真空泵內腔壓力減至約10-3Torr。在此時(shí), 油擴散真空泵開(kāi)始工作使真空水平保持在10-3和10-10Torr之間。由于真空擴散泵不能直接自排氣壓 ，機械輔助泵的使用能維持適當的排壓條件。
雖然在某些應用場(chǎng)合，他們已經(jīng)被一些更先進(jìn)設計的產(chǎn)品替代，例如低溫泵或離子泵，但真空擴散泵仍受青睞。因為他們有幾個(gè)好處: 他們有可靠的而簡(jiǎn)單的設計，運行無(wú)噪音振動(dòng)，相對低廉的操作和維修。事實(shí)上，擴散泵仍然是最廉價(jià)的制造高真空環(huán)境的手段。這些泵也容許存在超過(guò)作業(yè)條件的活性粒子和氣體。而這對其他類(lèi)型的高真空泵則有很大的破壞作用 。體積上，最小的只稍大于一個(gè)咖啡杯。最大的直徑近一米，高兩米。
油擴散真空泵，采用不銹鋼內腔并含有縱向疊加的錐形噴射口的內室。通常有三個(gè)噴射口內室其大小逐個(gè)減小, 最大的在底部。在內腔的底部是一灘特殊的低蒸汽壓油。油由內腔底部下設的電加熱器加熱煮沸，氣化的油油向上移，從各個(gè)內室的噴射口排出來(lái)。而水通過(guò)在內腔外壁的循環(huán)使內腔降溫，從而避免熱量外溢并維持其長(cháng)時(shí)間的運轉。
之所以稱(chēng)它為擴散泵的唯一理由是，根據觀(guān)察抽取氣體的分子滲透進(jìn)蒸汽噴口的方式類(lèi)似于一種氣體擴散到另一種氣體里。( "來(lái)源HablanianMH,高真空技術(shù)第二版207頁(yè)" )。 從相當大直徑的噴射口出來(lái)，高能油滴以時(shí)速750英里每小時(shí)的速度在內室和內腔壁之間向下落去。這些油滴已達到了超音速，但卻沒(méi)有音爆，主要因為部分真空狀態(tài)下分子間隔太大以至于不能傳導聲能。蒸汽噴口的捕捉率取決于他的密度，速率和分子量。高速?lài)娍?與在碰巧進(jìn)入其內部的氣體分子發(fā)生碰撞是由于氣體分子的熱運動(dòng)。這通常會(huì )給分子以向下的動(dòng)力使它們能從泵的排氣口排出從而達到更高的真空水平。在內腔底部，積淀下來(lái)的大氣氣體分子被輔助泵消除，同時(shí)積淀下來(lái)的油則開(kāi)始又一輪的循環(huán)。
分子清除的作用是創(chuàng )造一個(gè)上層部分高真空的內腔。而這一部分的高真空正是應用中所需要的—比如，用于電子顯微鏡。為阻止熱量外溢，在內腔外壁會(huì )有水從旋管中流動(dòng)來(lái)降溫。
在油被蒸發(fā)的內腔底部溫度大約處于190°C到280°C之間。油有幾種，分別由硅氧烷、碳氫化合物、酯、全氟化物，聚苯醚制成。聚苯醚(Santovac® 5)液或油在25多年來(lái)一直是全球的標準，它兼具高分子量，低反應 活性和優(yōu)良的蒸汽力等優(yōu)點(diǎn)。泵液的選擇標準包括室溫下的低蒸汽壓力，低毒性，化學(xué)惰性還有蒸發(fā)的熱量和成本。所有的油在大氣壓下都要有更高的沸點(diǎn)。分子量小的油傾向于在溫度范圍的低端達到沸點(diǎn)，而分子 量大的聚苯醚（446）則要到230°C和270°C之間才會(huì )沸騰。這已接近溫度范圍的高端。當溫度開(kāi)始上升時(shí)真空內腔的自動(dòng)開(kāi)關(guān)會(huì )關(guān)閉泵。因此，在使用聚苯醚的情況下，若開(kāi)關(guān)溫度指示器仍是為輕質(zhì)油設置在低溫，那內腔就會(huì )自動(dòng)關(guān)閉。
各種油也有各種不同的熱分解溫度—油分子在這一溫度時(shí)會(huì )分解并，并與任何存有的氧氣分子結合。對于泵的運轉來(lái)說(shuō)，油的沸點(diǎn)并不特別重要，但是熱分解很重要。低沸點(diǎn)的油的熱 分解溫度相應也較低。
由于內腔本身除了油滴外，沒(méi)有移動(dòng)的部分，因此真空擴散泵能夠長(cháng)期穩定運行。在各種擴散泵中，少量的回流會(huì )發(fā)生。顧名思義,所謂回流就是少量的油會(huì )向相反的方向移動(dòng)，移向泵的入口處進(jìn)入進(jìn)程流--電子顯微鏡和焊接室操作的某個(gè)階段。在一些應用中，回流的發(fā)生并無(wú)影響?？墒窃趯ξ镔|(zhì)純度要求苛刻的條件下，它的發(fā)生是不容許的。有鑒于此，一些系統會(huì )附加一個(gè)液氮低溫 冷阱，在油粒進(jìn)入進(jìn)程流之前將其清除。但多數時(shí)候使用聚苯醚就可以了，因為它的高純度本身即可最大程度地減少回流。但對某些敏感場(chǎng)合，這種方法也不能徹底進(jìn)行保護。這就是為什么半導體制造商早在幾年前就放棄真空擴散泵而轉用更加昂貴的低溫泵和 汽輪式分子泵的原因。
由于油擴散真空泵的目的是通過(guò)清除分子來(lái)創(chuàng )造一個(gè)真空，所以在運作時(shí)腔內壁必須要保持清潔。建議技術(shù)員在操作時(shí)戴上手套，因為甚至是一個(gè)指印也可能會(huì )要求除去水蒸氣和其他分子。有時(shí)油擴散真空泵在抽真空以降至理想水平時(shí)比平常緩慢，原因可能是內壁塑料表面在除濕，或是有其它揮發(fā)性物質(zhì)或是泄露。而這都會(huì )增加泵需要抽取的空氣中的分子。在對泵分拆進(jìn)行例行維護清理時(shí)，最后一定要用干燥的氮來(lái)凈化。
擴散泵內腔不是特別難以分拆，但故障超出日常維修范圍時(shí)工作可能很困難。最壞的情況是發(fā)生大量的氧氣滲入和熱量升高致使油分解或變質(zhì)。一般這會(huì )發(fā)生在輔助泵失靈或氣缸門(mén)壞了時(shí)，或當制冷系統不能正常工作時(shí)。高溫和高壓的共同作用會(huì )使油燒焦。而產(chǎn)生的膠狀物是很難清理的。但究竟會(huì )發(fā)生什么有賴(lài)于油的品種及其發(fā)生分解的溫度。非 硅樹(shù)脂烴類(lèi)油的分解物最難清理。殘留物很象焦油并且很粘。在盡可能去除污垢之后，維護人員可以用砂布清理接著(zhù)再進(jìn)行廣泛仔細的液滴爆破（類(lèi)似于沙子爆破，但對表面的損害更小，特別是對脆弱的鋁制噴射內室來(lái)說(shuō)）。最后，可用酒精，其他 溶劑，肥皂水和除電離子水清理。
硅樹(shù)脂制成的油類(lèi)的殘留物較易于去除。而含有全氟化物的油類(lèi)卻會(huì )分解形成氟化合物，這種物質(zhì)極具毒性并對鋁制的噴射內室造成很大傷害。最少污染和破壞性的是聚苯醚，部分原因是它只會(huì )在很高溫度下分解(350°Cvs300°C), 即使是分解產(chǎn)生的也是無(wú)毒的分子比如水和二氧化碳。但它的分解通常很難發(fā)生。 在被用于一次特制材料的焊接后，它是如此持久以至于還能被保留下來(lái)用于另一臺來(lái)替換的擴散泵。
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