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    真空機組抽氣的三個階段
    沒有一個真空系統是不漏氣,不放氣的,即使真的不漏氣,放氣總是存在的,實際上(3)式反映的是泵在抽除真空室內空間氣體的過程中壓力的變化規律。當壓力較高時,系統的漏氣量和放氣量相對空間的氣體量較小時,其影響可以忽略,可以認為近似滿足不漏氣和不放氣的條件,也就是(3)的規律能近似成立。當壓力較低時,系統的漏氣量和放氣量不可忽略甚至成為主要的氣體負載時,(3)的規律就要發生偏離,表現在壓力下降變為緩慢,一般發生這一轉變的壓力在0.5Pa左右,因此一個真空系統典型的抽氣過程先是壓力下降很快,到某一壓力開始變慢。由于一個合格的真空系統對其漏率有嚴格的要求,所以放氣是影響系統壓力降低的主要因素,而放氣是一個緩慢的過程,即使采用烘烤等強化措施,要達到某一預定的壓力,往往要經過很長的時間。 任何真空系統都希望盡量縮短抽氣的時間,這關系到提高效率和降低能耗,但并不是所有的真空應用都具有縮短抽氣時間的條件?梢园巡煌恼婵諔梅譃閮纱箢悾阂活愂遣桓膽]系統內的放氣量,而只有真空度的要求;另一類是要求真空室內充分的放氣,即放氣率要降到某一臨界值。這兩類不同的應用對泵配置的要求是不一樣的。對于前一類應用,如真空度要求在0.5pa以上,只要時間常數足夠的小,便可晝量縮短抽氣的時間。但如真空度要求在0.5Pa以下,就必須改慮放氣對壓力變化的影響。放氣量隨時間的變化緩慢。特別是在無烘烤的情況下。要在預定較短的時間內達到較高的真空度,就必須以較大的抽速抽除較大的放氣量。也就是說如放氣量為Q,泵的有效抽速為S0,則可達到平衡壓力P=Q/S0。如平衡壓力確定,則達到的時間越短,要求泵的有效抽速就越大。蒸發鍍膜就是典型的這類的應用,由于蒸鍍的速度快,時間短,所以不考慮放氣量的影響(即活性氣體的影響)。但蒸發粒子的能量低,要求絕大部分粒子無碰撞地沉積到工件上,以保證結合力及減少散射,這就要求真空室內的平均自由程不小于蒸發源到工件的距離,與此相應的壓力約在1×10-2Pa,這便是蒸發鍍膜對真空度的要求。 如何在盡量短的時間內達到這一壓力,就對泵的有效抽速提出了要求,原則是時間越短,由于放氣量越大,有效抽速就要求越大。所以蒸發鍍膜一般配置抽速強大的油擴散泵機組,功率有數十千瓦,幾分鐘至十幾分鐘內便可達到工作真空度,但該系統對工件造成的油蒸汽污染是難以避免的,特別是塑料金屬化膜層易發黃。目前渦輪分子泵抽速滿足不了大型蒸發鍍的需要。而大抽速的低溫泵又是工業化規模鍍膜所承受不了的。根據被抽空間氣體負載的特性,利用分子增壓泵抽除永久性氣體,結合低溫冷凝水捕集泵抽除水蒸汽,有望實現大抽速獲得清潔真空的全新抽氣工藝。真空室內壓力在0.5Pa以上時,主要氣體成份是永久性氣體,而0.5Pa以下的主要氣體成份是水蒸汽(90%)。由于分子增壓泵具有超強的中真空抽氣能力,從100Pa到0.5Pa抽氣時間極短,而在0.1Pa以后啟用低溫冷凝水捕集泵,可在較短時間內使室內壓力降低1個數量級,達到1×10-2Pa。對于3-5m3的大型蒸發鍍膜設備,配置3-4臺1000升/秒的分子增壓泵和一臺功率5kw的低溫冷凝水捕集泵便能實現上述的抽氣工藝,這無疑具有開創性。對于后一類應用,由于放氣量變化依賴于溫度和時間,而與氣相空間的壓力關系不大,只要壓力低于現存吸附量所對應的平衡壓力即可,一般在抽氣過程中均滿足此條件。因此,用強勁的抽速即使在很短的時間內把空間壓力降至很低,依然不能明顯減少真空室內的放氣量,而必須配置合適的抽速,在合理的烘烤溫度下,在合理的時間內使放氣量達到工藝要求的水準,這一般要歷經數十分鐘的時間。這類應用較為典型的有鈦金行業的濺射鍍膜和離子鍍膜,稀土永磁材料熔煉等。其中,過量的活性氣體會影響膜層的品質和材料的質量,因此工藝中均有一段較長時間的精抽過程。 對于鍍膜室為1m3左右的濺射或離子鍍膜設備,一般配置4000升/秒抽速的真空機組,為了促使真空室和工件更快地放氣,往往烘烤到300℃的溫度。值得強調的是,在鈦金鍍膜中,泵的抽速大小,泵的特性、抽氣工藝及所需的沉積壓力之間表現出的辯正關系。在一個鍍膜周期中,真空機組的抽氣可以分為三個階段,即精抽階段,輝光轟擊和濺射沉積階段。精抽的目的是為了減少真空室內的放氣量,其結果主要決定于烘烤溫度和抽氣時間,與空間壓力關系不大,特別是壓力在同數量級內。因此,主泵的抽速在適當的差異內,精抽的效果是一樣的,真空室內的放氣率都可降低到相同的水平,盡管所對應的極限真空不同。具體地講1000升/秒分子增壓泵和1500升/秒的渦輪分子泵在這一階段抽氣的效果是相同的。輝光轟擊階段,由于此時放電壓力在2Pa左右,一般來講主泵的抽氣能力受到影響,傳統地均采用節流的方法以犧牲抽速來換取泵的穩定工作,擴散泵和渦輪分子泵都是如此,尤其是擴散泵抽速損失更大,相應地放電的氬氣流量也明顯減少。然而這一階段只有大的有效抽速,大的氬氣流量才能獲得更好的轟擊清洗的效果。在這一點上分子增壓泵是有明顯的優勢。在最后的濺射沉積階段典型的工作壓力為0.5Pa,擴散泵和渦輪分子泵仍需節流,且不說在該種情況下,沉積的壓力難于穩定,減小的抽氣速率勢必要讓精抽過程中所達到的活性氣體(放氣)的分壓明顯地回升。在放氣量一定的情況下,活性氣體的分壓高低決定了對沉積膜層質量的影響。能以滿抽速穩定抽氣的分子增壓泵,在此又一次顯示了它的優越性。

     

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