什么是钛升华泵?

[拼音]：taishenghuabeng

[外文]：titanium sublimation pump

靠新鲜钛膜的化学吸附作用抽气的真空泵。这种泵具有结构简单、抽速大、无油污染、抗辐射和无振动噪声等特点，启动压力为1～10-2帕，工作压力范围为10-2～10-8帕，是获得无油超高真空的重要真空泵。钛升华泵在电子器件、高能加速、可控热核反应装置和空间模拟装置，以及表面物理试验等方面都得到广泛的应用。

钛升华泵主要由泵体和升华器组成(图1)。泵体材料为不锈钢。泵体采用水或液氮冷却。泵体高度与泵口直径之比一般为1～2，水冷却取大值，液氮冷却取小值。依使用的钛材形状和加热方式不同，升华器有多种结构形式。图2a、 b分别是纯钛丝和钛钼合金丝直接通电加热的升华器。这两种升华器的结构简单，成本低；但钛升华率或蒸发率（指单位时间内单位面积升华的量）低，利用率也很低（约为40％）。图2c是辐射加热的钛球升华器。它由薄壳钛球和内部的钨丝加热器组成。这种升华器升华率大、利用率高（约达70％）。在大型泵里装有几个钛球，平均升华率可达2.5克／时，抽气速率达数十立方米每秒。此外，还有电子轰击加热钛片升华器和钛棒升华器等。

钛升华泵的抽气机理是化学吸附。升华器升华的钛沉积在冷的泵体壁面上，形成新鲜的钛膜，对氮、氧和一氧化碳等活性气体有比较强烈的吸附作用（见表），并形成氮化钛、碳化钛和氧化钛等稳定的化合物，但对惰性气体和甲烷几乎不吸附。钛膜吸附气体只能是单分子层的，在已吸附气体分子的位置上不能再吸附气体。因此，钛升华器必须不断地升华，使泵体壁面上不断地沉积新的钛膜，才能达到连续抽气的目的。

为了克服钛升华泵吸附惰性气体差的缺点，通常把它与溅射离子泵（见吸气剂离子泵）配合使用或组合成复合钛泵，这样就可发挥各自的长处。钛升华泵的抽气速率大，离子泵能抽惰性气体和甲烷，可获得更低的极限压力。如先用能抽惰性气体氩和活性气体的分子筛吸附泵作为预真空泵，用这3种泵组成机组，抽气时无油污染、无振动噪声，是获得无油超高真空的重要方法。

钛升华泵的抽气速率与被抽气体的种类及其压力、钛的升华率、钛膜面积和钛膜温度等因素有关。在压力高时，泵的抽速决定于升华率。为获得大的抽气速率，压力越高升华率应越大，但在低压力下太大的升华率是不必要的。在 10-7帕压力时的升华率只有10-3帕时的1％即可。在超高真空时常采用断续升华，如10-8帕时每隔几小时才升华1分钟。经彻底烘烤去气的泵，用水或液氮冷却对极限压力的影响不大，但对抽气速率的影响很大。液氮冷却的抽气速率一般比水冷却的大1～4倍。

启动钛升华泵需要1～10-2帕的预真空，同时进行烘烤去气（泵每次暴露于大气压后都要进行烘烤去气）。烘烤去气是获得超高真空的必要条件。泵经彻底烘烤去气后，可以获得低的极限压力和缩短达到极限压力的抽气时间，还能使泵壁更清洁，沉积的钛膜不易脱落和避免放气等。一般以300～400℃温度烘烤12～24小时。泵启动后泵壁不宜马上冷却，应让升华的钛在其上沉积几分钟后再冷却，这样钛膜就不易脱落。