分子泵与钛升华泵组合系统的应用特性

 
涡轮分子泵的单位体积抽速小，对不同种类气体具有不同的压缩比，因而对被抽气体有一定的选择性。但其在一定的压力范围内具有恒定的抽速，而钛升华泵结构简单，造价低，单位体积的抽速大，特别是对活性气体的比抽速大。其缺点是对隋性气体抽速小，单泵工作极限真空度低。因此由这些泵单独组成的真空系统，都因受泵本身的缺点限制了极限真空度的提高和抽速的增加。经验表明，采用两种类型的真空泵组合成无油超高真空系统，有助于扬长避短，可有效地提高真空系统的真空度和抽速及降低设备的投资成本。
涡轮分子泵是一种高速运转的机械真空获得设备。它对各种气体的压缩比随气体的分子量而变化。根据理论研究和实际测量的结果，得出涡轮分子的压缩比是转速和气体分子质量的关系。在速度和泵比几何系数一定的情况下(由制造决定了的)，压缩比与气体分子的质量有关。气体分子的质量越大，它的压缩比就越大，反之则小。利用这一特点，在真空系统内才能获得无油清洁真空。而对一些轻质量气体（如氢气）就显得压缩比太小了。
根据涡轮分子泵的抽气理论可知，质量越大的气体其获得的分压力就低，反之质量越小的气体，其分压力就高。因此，涡轮分子泵抽气的真空系统，其残余气体的主要成份是一些轻质气体。实测结果主要是氢气。同时超高真空系统中，材料放出的气体组份也以氢较多。这就限制了系统极限真空度的提高，也将影响系统的清洁。氢易与其它气体结合成一些氢的化合物而“污染”系统。由涡轮分子泵获得的真空系统的残余气体成份百分比见表1。

表1 涡轮分子泵真空系统残余气体成分百分比

　　由表1 可知，由涡轮分子泵获得的真空系统中残余气体氢占82%，而其余气体的总和才占18%。因此单靠涡轮分子泵来排除一个系统的气体时，所获得的真空中氢分压特别高。这降低了系统的极限真空度，限制了使用范围。
在真空获得设备中，钛升华泵是一种结构简单，造价低，使用方便，对活泼性气体抽速大，工作范围宽广。从低真空直至超高真空可以连续工作的一种无油真空泵。由它获得的真空环境是清洁无污染的。新鲜钛膜对几种活性气体的比抽速和理论抽速见表1。

表1 新鲜钛膜对气体的比抽速

　　从表1 可知，每平方厘米新鲜钛膜在20℃下对氢的实测抽速为每秒3 升多。而理论比抽速最大，达40 多升。选择钛升华泵对氢有大的抽速这一优点，可以弥补涡轮分子泵对氢的抽速小的缺点。从而提高系统的极限真空度，增加比抽速。使组合真空系统的抽速大，体积小，造价低廉。
除了涡轮分子泵和钛升华泵各自的优缺点外。涡轮分子泵还由于机械结构与高速旋转的原因，使得它要获得大的抽速较为困难。而钛升华泵造价低，而且易于实现大抽速。目前它的抽速在高真空或超高真空获得设备中是较大的一种，而使用和维护都十分方便。只是由于排除惰性气体性能差而限制了它单泵进入超高真空。考虑到空气中的惰性气体主要是以氩气为主，可以用抽速小一点的分子泵来排除惰性气体，以充分发挥钛升华泵的大吸气性能的优点。