許多工作在真空下的材料或器件在制造時(shí)必須經(jīng)過真空脫氣處理（燒氫處理），以使其內(nèi)部材料充分放氣，從而提高性能或延長(zhǎng)使用壽命，比如通信用的行波管、工業(yè) CT 用的 X 射線管等真空管、真空電極、真空離子泵等。完成該處理的設(shè)備叫做高溫脫氣爐（燒氫爐）。本文介紹了一個(gè)高溫脫氣爐真空系統(tǒng)從低溫泵升級(jí)為安捷倫渦輪分子泵的案例。

原始設(shè)計(jì)

如下圖所示，客戶的脫氣爐在爐體正下方安裝了一臺(tái) 8 英寸低溫泵，低溫泵與爐體用插板閥隔離。該配置低溫泵與高溫爐體之間傳熱效率很高，熱傳遞大大限制了冷頭的最終溫度以及低溫泵的抽氣速度。

為了減少熱傳遞，客戶可以選擇在低溫泵與爐體之間安裝水冷擋板，這有助于以維持冷頭溫度，但需要付出額外的成本，并增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，更糟糕的是，擋板會(huì)降低系統(tǒng)的流導(dǎo)，從而造成低溫泵對(duì)爐體的有效抽速降低。

同樣，增加低溫泵和爐子之間的距離或者插入 90 度彎頭等會(huì)對(duì)維持冷頭溫度有幫助，但都會(huì)降低系統(tǒng)的流導(dǎo)。

基于上面情況，安捷倫的工程師推薦了用分子泵替代低溫泵的方案。

分析和模擬

綠色曲線是客戶現(xiàn)有低溫泵的抽速曲線，乍一看，低溫泵比分子泵有速度優(yōu)勢(shì)，但是，當(dāng)考慮流導(dǎo)損失時(shí)，其抽氣速度的優(yōu)勢(shì)就會(huì)顯著降低。此外，熱傳遞和高溫分子的偶然捕獲使得低溫泵的冷頭溫度難以維持在最低點(diǎn)，這也會(huì)限制其實(shí)際的抽氣速度。

為了選擇合適的分子泵，我們?cè)?Vactran 軟件上采用更切合實(shí)際的參數(shù)進(jìn)行了模擬：低溫泵系統(tǒng)帶有 90 度彎頭和 8 英寸水冷擋板；幾個(gè)型號(hào)的安捷倫分子泵也都添加了 90 度彎頭（避免爐內(nèi)的顆粒物落入泵內(nèi)）。下面是幾款真空泵在考慮流導(dǎo)后的實(shí)際有效抽速曲線：

新的方案

根據(jù)上面的模擬結(jié)果，我們推薦客戶選擇了 TV1001 分子泵，并設(shè)置了如下的工藝過程：用粗抽泵通過旁路管道將腔室抽到 50 mtorr 以下，然后關(guān)閉旁路閥并開啟分子泵（由配套的前級(jí)泵提供前級(jí)真空）。當(dāng)腔室壓力低于 1E-6 Torr 時(shí)啟動(dòng)脫氣爐的自動(dòng)加熱過程（基于需要處理的材料和工藝）。

與舊的系統(tǒng)相比，改造后的系統(tǒng)升溫速度快了 50％；由于不用再擔(dān)心過高的爐溫對(duì)真空泵性能的影響，該脫氣爐現(xiàn)在可以達(dá)到 1600 攝氏度的處理溫度，更高的工藝溫度不僅拓展了設(shè)備的使用范圍，還可以顯著的（多達(dá) 30%）減少處理時(shí)間（更高的溫度下，材料脫氣速度更快）。

客戶用改造后的系統(tǒng)處理了多種不同的材料（鉬錸合金、鈦、鉬、蒙乃爾合金、鉿和可伐合金），均取得了很好的效果。

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