國際首創(chuàng)科技成果:分子/增壓泵實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

深圳大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院儲繼國教授的原創(chuàng)性研究成果:新一代分子泵-分子/增壓泵最近由深圳市摩爾真空技術(shù)有限公司實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化.

該泵開創(chuàng)了多項(xiàng)世界第一:
1．世界上第一臺兼有中.高真空雙重性能的真空泵.
2．世界上首次獲得有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的大尺寸.清潔中真空環(huán)境.
3．能耗最低的中真空泵.僅為目前中真空主流泵種-羅茨泵的10%.
4．體積最小.重量最輕的中真空泵.約為羅茨泵的十分之一.
5．結(jié)構(gòu)最簡單的分子泵.動輪全部由平圓盤構(gòu)成.無任何葉片.攻克了傳統(tǒng)分子泵受大流量氣體沖擊.渦輪葉輪容易損壞(俗稱剃光頭)的一大缺點(diǎn).

       分子/增壓泵的轉(zhuǎn)速高達(dá)20,000-40,000轉(zhuǎn)/分.加上采用臥式結(jié)構(gòu).制造工藝十分復(fù)雜.是我國一直未能攻克的工藝.技術(shù)難關(guān).最近.深圳市摩爾真空技術(shù)有限公司與深圳大學(xué)合作.經(jīng)過三年多時(shí)間的拼搏.不懈努力.2005年.終于研制成功產(chǎn)品樣泵.現(xiàn)已批量生產(chǎn).

        分子/增壓泵主要用于太陽能電池.固體照明.液晶顯示屏和背光源.磁控濺射.離子鍍.化學(xué)氣相沉積(CVD).低輻射玻璃.ITO玻璃.稀土材料熔煉等高新科技產(chǎn)業(yè).以及高能加速器.等離子體.可控核聚變.重離子儲存環(huán).電子對撞機(jī)和宇宙仿真等現(xiàn)代科學(xué)研究領(lǐng)域.為其提供極其清潔的工作環(huán)境.有十分重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值.目前.分子/增壓泵已經(jīng)成功用于:

1．中科院蘭州近代物理研究所重離子加速器.首次攻克了大流量差分系統(tǒng)的油蒸汽污染難題.該項(xiàng)成果已經(jīng)得到國際加速器專家的高度關(guān)注.
2．中科院等離子體物理研究所的人造小太陽裝置(EAST).性能全面超過現(xiàn)有渦輪分子泵和復(fù)合分子泵的水平.
3．上?！痢岭姽庥邢薰?臺資)液晶背光源生產(chǎn)線.產(chǎn)品質(zhì)量提升.生產(chǎn)效率提高4倍.
4．安徽××光學(xué)材料科技有限公司的大型連續(xù)真空鍍膜設(shè)備進(jìn)片和出片室改造.生產(chǎn)效率提高30%.節(jié)能20kW.年節(jié)電15萬度.1年內(nèi)可收回設(shè)備改造費(fèi)用.并消除了基片在進(jìn).出片過程中的油蒸汽污染.顯著提高鍍膜產(chǎn)品的質(zhì)量.
5．深圳多家真空鍍膜公司的大.中型鈦金鍍膜設(shè)備.節(jié)能6-12kW.年節(jié)電4-8萬度.
6．稀土永磁材料真空熔煉.生產(chǎn)效率提高20%.節(jié)省抽氣能耗95%.年節(jié)電4萬度.

        儲繼國教授長期從事分子泵理論和結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面的研究工作.主要研究成果如下:

1982年:創(chuàng)立分子泵的統(tǒng)計(jì)理論:The statistical theory of turbo-molecular pumps.指出了當(dāng)時(shí)分子泵理論研究中的根本性錯(cuò)誤.并用統(tǒng)計(jì)物理方法.建立了嚴(yán)密的分子泵的新理論體系.不僅搞清楚了渦輪分子泵的工作機(jī)理.而且.揭示了渦輪分子泵和分子拖動泵在工作機(jī)理上的根本區(qū)別.為80年代開始的新一代分子泵:復(fù)合分子泵和分子/增壓泵的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn).
1985年:研制成功世界上第一臺達(dá)到產(chǎn)品水平的<復(fù)合分子泵>.由復(fù)旦大學(xué)與中科院北京科學(xué)儀器廠合作研制成功產(chǎn)品樣機(jī).引領(lǐng)了20世紀(jì)90年代國際真空產(chǎn)業(yè)界<復(fù)合分子泵>熱潮.
1993年:創(chuàng)立了分子泵的微分網(wǎng)絡(luò)理論:Model of differential electrical network for the blades of turbo-molecular pump.為渦輪分子泵的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ).
1997年:創(chuàng)立牽引分子泵的自泄漏理論.為分子/增壓泵的發(fā)展提供了設(shè)計(jì)平臺.
1999年:研制成功<分子/增壓泵>的科研樣機(jī).并在首屆<中國國際高新技術(shù)成果交易會>入選為重點(diǎn)推介項(xiàng)目.
2005年:研制成功<分子/增壓泵>產(chǎn)品樣機(jī).
2006年:實(shí)現(xiàn)<分子/增壓泵>的批量生產(chǎn).
2007年:負(fù)責(zé)制訂國家發(fā)改委機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):<真空技術(shù).復(fù)合分子泵>.

分子/增壓泵簡介

1．概況
        分子/增壓泵是深圳大學(xué)儲繼國教授從事分子泵理論研究20余年取得的原創(chuàng)性科技成果.最近由深圳市摩爾真空技術(shù)有限公司轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品(如圖1所示).該泵采用獨(dú)創(chuàng)的專利技術(shù).具有結(jié)構(gòu)簡單.運(yùn)行可靠.節(jié)能顯著.兼有中.高真空雙重性能.能獲得清潔真空(尤其清潔中真空)等一系列優(yōu)點(diǎn).該泵用于各種中.高真空應(yīng)用領(lǐng)域.取代現(xiàn)有羅茨泵.油擴(kuò)散泵和傳統(tǒng)分子泵.不僅消除了油蒸汽污染.顯著提高了真空產(chǎn)品的質(zhì)量.而且.10個(gè)月節(jié)約的電費(fèi)即可收回設(shè)備改造費(fèi)用.

分子/增壓泵的問世.開創(chuàng)了多項(xiàng)世界第一:
(1)世界第一臺兼有中.高真空雙重性能的真空泵.
(2)世界第一臺清潔(機(jī)械)中真空泵.
(3)世界上能耗最低的中真空泵.僅為羅茨泵的10%.

圖2 分子/增壓泵的轉(zhuǎn)子

  圖3 傳統(tǒng)分子泵的渦輪轉(zhuǎn)子

(4)世界上體積最小的中真空泵.不到羅茨泵的10%.
(5)結(jié)構(gòu)最簡單的分子泵.轉(zhuǎn)子全部由平圓盤構(gòu)成.無任何葉片.
(6)運(yùn)行可靠.能承受大流量氣體沖擊.攻克了傳統(tǒng)分子泵轉(zhuǎn)子易于損壞(剃光頭)的一大缺陷.
(7)能制造大型(≥10,000 L/s)的分子泵.
2．抽氣特性
        分子/增壓泵與ALCATEL公司高壓強(qiáng)分子泵和羅茨泵的抽速比較如圖4所示.曲線1.2和3分別表示.MB200D分子/增壓泵.ATP900HPC高壓強(qiáng)分子泵和RSV2000羅茨泵(60Hz).虛線為非連續(xù)工作壓強(qiáng)區(qū)域.

從圖4中可以清楚看出:

1)分子/增壓泵的最高連續(xù)工作壓強(qiáng)達(dá)200Pa.比高壓強(qiáng)分子泵提高40倍.
2)在等離子體放電的主要壓強(qiáng)范圍(0.1-10Pa).分子/增壓泵的抽速為高壓強(qiáng)分子泵的150-200%.因此.特別適用于采用等離子增強(qiáng)的各種應(yīng)用場合.
3)在10-2-5Pa范圍.分子/增壓泵抽速為羅茨泵的20-1.3倍.并攻克了羅茨泵的中真空油蒸汽污染難題.
3．清潔真空特性
分子/增壓泵的殘氣質(zhì)譜如圖5所示(測試條件:測試罩烘烤溫度150℃.泵頸烘烤溫度80℃.烘烤時(shí)間24小時(shí)).圖中未見質(zhì)量數(shù)M＞28的譜峰.傳統(tǒng)分子泵的殘氣質(zhì)譜(測試罩烘烤:250℃.48小時(shí))中.仍有質(zhì)量數(shù)為44的譜峰存在.由此可見.分子/增壓泵的油蒸汽污染不僅低于質(zhì)譜計(jì)的檢測極限.還明顯低于傳統(tǒng)分子泵.
 
圖5:分子/增壓泵的殘氣質(zhì)譜圖(中科院近代物理研究所提供)

4．應(yīng)用領(lǐng)域
太陽能電池.光電子器件.固體照明.液晶背光源.太陽能集熱管.磁控濺射.離子鍍.CVD.ITO玻璃.低輻射玻璃.電力電容器.稀土材料熔煉.熱處理爐.高能加速器.等離子體技術(shù).可控核聚變.儲存環(huán).電子對撞機(jī)和宇宙仿真等領(lǐng)域.
5．技術(shù)指標(biāo):

6．外部結(jié)構(gòu)圖和安裝尺寸

深圳市摩爾真空技術(shù)有限公司.地址:深圳市寶安區(qū)7區(qū)甲岸村86棟4樓.郵編:518133
電話:0755-29994882.傳真: 0755-29994886.http://www.molvac.com.E-mail:molvac@molvac.com

分子/增壓泵的應(yīng)用

1．重離子加速器(中科院近代物理研究所).
        如圖1所示.下方2臺MB200B(600L/s)的分子/增壓泵成功用于取代重離子加速器大流量差分系統(tǒng)的2套600L/s羅茨泵+LN2(液氮)檔油阱.首次攻克了大流量差分系統(tǒng)的油蒸汽污染難題.大幅度提高了差分系統(tǒng)的性能.該項(xiàng)成果已在國際加速器學(xué)術(shù)交流會上發(fā)表.得到與會專家的高度評價(jià).
        目前.該泵已連續(xù)運(yùn)行1年以上.達(dá)到了對可靠性有很高要求的重離子加速器的標(biāo)準(zhǔn).
 

圖1 分子/增壓泵用于重離子加速器(中科院近代物理研究所提供)

        照片中后方兩臺立式真空泵為FF-160分子泵.這2臺分子泵也將被分子/增壓泵取代.該項(xiàng)成果現(xiàn)已獲得國家自然科學(xué)基金委立項(xiàng)資助(NO.10675152.資助金額:37萬元).
 
2．大型連續(xù)真空鍍膜生產(chǎn)線(××光學(xué)材料科技有限公司)

圖2 分子/增壓泵用于大型連續(xù)真空鍍膜機(jī)

        用2臺MB200A分子/增壓泵(600L/s.圖中右下方)取代大型連續(xù)真空鍍膜機(jī)進(jìn)片系統(tǒng)的1臺1,200L/s羅茨泵和1臺1,500L/s的渦輪分子泵.經(jīng)濟(jì)效益:
1．節(jié)電8萬度/年.
2．容積1.5 m3過渡室:壓強(qiáng)50Pa-0.3Pa的抽氣時(shí)間僅25秒.縮短抽氣時(shí)間50%以上.
3．攻克大型連續(xù)鍍膜設(shè)備進(jìn)片系統(tǒng)的油蒸汽污染難題.消除油蒸汽對基片表面的污染.鍍膜產(chǎn)品的質(zhì)量顯著提高.
3．大型磁控濺射鍍膜機(jī)(深圳××××真空鍍膜有限公司)

圖3 分子/增壓泵用于大型磁控濺射鍍膜機(jī)

        用3臺1,200 L/s的分子/增壓泵+1臺2XZ-15.成功取代大型磁控濺射鍍膜設(shè)備(Φ1000×1200)的3臺1,200L/s復(fù)合分子泵.3臺2XZ-15旋片泵.以及1臺ZJ-150羅茨泵.經(jīng)濟(jì)效益:
(1)年節(jié)電3萬度
(2)消除了50-1 Pa壓強(qiáng)范圍的的油蒸氣污染.顯著提高薄膜產(chǎn)品質(zhì)量.
(3)消除了放電鍍膜(0.5 Pa)和輝光清洗(2 Pa)時(shí)的不穩(wěn)定現(xiàn)象.
(4)抽氣機(jī)組費(fèi)用節(jié)約1萬元.
(5)運(yùn)行可靠.故障率低.
 
4．EAST人造小太陽裝置(中科院等離子體物理研究所).
    分子/增壓泵用于EAST人造小太陽裝置.性能全面超過復(fù)合分子泵.
5．稀土永磁材料真空熔煉(深圳大學(xué)專利申請?zhí)?200310112360.2)
分子/增壓泵用于稀土永磁材料真空熔煉.取代擴(kuò)散泵和羅茨泵.取得了如下優(yōu)異成績:
1．抽氣時(shí)間:     縮短50%
2．生產(chǎn)效率:     提高25%
3．節(jié)能:         抽氣能耗節(jié)省95%.年節(jié)電6萬多度.
4．產(chǎn)品質(zhì)量:     表面氧化顯著下降.
6．液晶背光源.節(jié)能燈圓排車.取代ZJ-150+2X-15機(jī)組.年節(jié)電7萬度.

        用3套MB200B分子/增壓泵可取代1臺圓排車的所有ZJ-150羅茨泵機(jī)組和大部分旋片泵.經(jīng)濟(jì)效益:
1． 顯著降低油蒸汽污染.提高產(chǎn)品的質(zhì)量.
2． 降低設(shè)備費(fèi)用2萬元/臺.
3． 減少設(shè)備的占用空間.
4． 年節(jié)電18萬度/臺.

min

2

4

4

6

冷卻水量

L/min

6

3

12

6

最大運(yùn)行功耗

kW

0.25

0.1

0.5

0.2

重量

kg

28

26

46

44

推薦前級泵

L/s

8

4

15

8