国际首创科技成果:分子/增压泵实现产业化

深圳大学物理科学学院储继国教授的原创性研究成果:新一代分子泵-分子/增压泵最近由深圳市摩尔真空技术有限公司实现了产业化.

该泵开创了多项世界第一:
1．世界上第一台兼有中.高真空双重性能的真空泵.
2．世界上首次获得有工业应用价值的大尺寸.清洁中真空环境.
3．能耗最低的中真空泵.仅为目前中真空主流泵种-罗茨泵的10%.
4．体积最小.重量最轻的中真空泵.约为罗茨泵的十分之一.
5．结构最简单的分子泵.动轮全部由平圆盘构成.无任何叶片.攻克了传统分子泵受大流量气体冲击.涡轮叶轮容易损坏(俗称剃光头)的一大缺点.

       分子/增压泵的转速高达20,000-40,000转/分.加上采用卧式结构.制造工艺十分复杂.是我国一直未能攻克的工艺.技术难关.最近.深圳市摩尔真空技术有限公司与深圳大学合作.经过三年多时间的拼搏.不懈努力.2005年.终于研制成功产品样泵.现已批量生产.

        分子/增压泵主要用于太阳能电池.固体照明.液晶显示屏和背光源.磁控溅射.离子镀.化学气相沉积(CVD).低辐射玻璃.ITO玻璃.稀土材料熔炼等高新科技产业.以及高能加速器.等离子体.可控核聚变.重离子储存环.电子对撞机和宇宙仿真等现代科学研究领域.为其提供极其清洁的工作环境.有十分重大的社会效益和经济价值.目前.分子/增压泵已经成功用于:

1．中科院兰州近代物理研究所重离子加速器.首次攻克了大流量差分系统的油蒸汽污染难题.该项成果已经得到国际加速器专家的高度关注.
2．中科院等离子体物理研究所的人造小太阳装置(EAST).性能全面超过现有涡轮分子泵和复合分子泵的水平.
3．上海××电光有限公司(台资)液晶背光源生产线.产品质量提升.生产效率提高4倍.
4．安徽××光学材料科技有限公司的大型连续真空镀膜设备进片和出片室改造.生产效率提高30%.节能20kW.年节电15万度.1年内可收回设备改造费用.并消除了基片在进.出片过程中的油蒸汽污染.显著提高镀膜产品的质量.
5．深圳多家真空镀膜公司的大.中型钛金镀膜设备.节能6-12kW.年节电4-8万度.
6．稀土永磁材料真空熔炼.生产效率提高20%.节省抽气能耗95%.年节电4万度.

        储继国教授长期从事分子泵理论和结构改进方面的研究工作.主要研究成果如下:

1982年:创立分子泵的统计理论:The statistical theory of turbo-molecular pumps.指出了当时分子泵理论研究中的根本性错误.并用统计物理方法.建立了严密的分子泵的新理论体系.不仅搞清楚了涡轮分子泵的工作机理.而且.揭示了涡轮分子泵和分子拖动泵在工作机理上的根本区别.为80年代开始的新一代分子泵:复合分子泵和分子/增压泵的发展作出了重要贡献.
1985年:研制成功世界上第一台达到产品水平的<复合分子泵>.由复旦大学与中科院北京科学仪器厂合作研制成功产品样机.引领了20世纪90年代国际真空产业界<复合分子泵>热潮.
1993年:创立了分子泵的微分网络理论:Model of differential electrical network for the blades of turbo-molecular pump.为涡轮分子泵的发展提供了坚实的理论基础.
1997年:创立牵引分子泵的自泄漏理论.为分子/增压泵的发展提供了设计平台.
1999年:研制成功<分子/增压泵>的科研样机.并在首届<中国国际高新技术成果交易会>入选为重点推介项目.
2005年:研制成功<分子/增压泵>产品样机.
2006年:实现<分子/增压泵>的批量生产.
2007年:负责制订国家发改委机械行业标准:<真空技术.复合分子泵>.

分子/增压泵简介

1．概况
        分子/增压泵是深圳大学储继国教授从事分子泵理论研究20余年取得的原创性科技成果.最近由深圳市摩尔真空技术有限公司转化为产品(如图1所示).该泵采用独创的专利技术.具有结构简单.运行可靠.节能显著.兼有中.高真空双重性能.能获得清洁真空(尤其清洁中真空)等一系列优点.该泵用于各种中.高真空应用领域.取代现有罗茨泵.油扩散泵和传统分子泵.不仅消除了油蒸汽污染.显著提高了真空产品的质量.而且.10个月节约的电费即可收回设备改造费用.

分子/增压泵的问世.开创了多项世界第一:
(1)世界第一台兼有中.高真空双重性能的真空泵.
(2)世界第一台清洁(机械)中真空泵.
(3)世界上能耗最低的中真空泵.仅为罗茨泵的10%.

图2 分子/增压泵的转子

  图3 传统分子泵的涡轮转子

(4)世界上体积最小的中真空泵.不到罗茨泵的10%.
(5)结构最简单的分子泵.转子全部由平圆盘构成.无任何叶片.
(6)运行可靠.能承受大流量气体冲击.攻克了传统分子泵转子易于损坏(剃光头)的一大缺陷.
(7)能制造大型(≥10,000 L/s)的分子泵.
2．抽气特性
        分子/增压泵与ALCATEL公司高压强分子泵和罗茨泵的抽速比较如图4所示.曲线1.2和3分别表示.MB200D分子/增压泵.ATP900HPC高压强分子泵和RSV2000罗茨泵(60Hz).虚线为非连续工作压强区域.

从图4中可以清楚看出:

1)分子/增压泵的最高连续工作压强达200Pa.比高压强分子泵提高40倍.
2)在等离子体放电的主要压强范围(0.1-10Pa).分子/增压泵的抽速为高压强分子泵的150-200%.因此.特别适用于采用等离子增强的各种应用场合.
3)在10-2-5Pa范围.分子/增压泵抽速为罗茨泵的20-1.3倍.并攻克了罗茨泵的中真空油蒸汽污染难题.
3．清洁真空特性
分子/增压泵的残气质谱如图5所示(测试条件:测试罩烘烤温度150℃.泵颈烘烤温度80℃.烘烤时间24小时).图中未见质量数M＞28的谱峰.传统分子泵的残气质谱(测试罩烘烤:250℃.48小时)中.仍有质量数为44的谱峰存在.由此可见.分子/增压泵的油蒸汽污染不仅低于质谱计的检测极限.还明显低于传统分子泵.
 
图5:分子/增压泵的残气质谱图(中科院近代物理研究所提供)

4．应用领域
太阳能电池.光电子器件.固体照明.液晶背光源.太阳能集热管.磁控溅射.离子镀.CVD.ITO玻璃.低辐射玻璃.电力电容器.稀土材料熔炼.热处理炉.高能加速器.等离子体技术.可控核聚变.储存环.电子对撞机和宇宙仿真等领域.
5．技术指标:

6．外部结构图和安装尺寸

深圳市摩尔真空技术有限公司.地址:深圳市宝安区7区甲岸村86栋4楼.邮编:518133
电话:0755-29994882.传真: 0755-29994886.http://www.molvac.com.E-mail:molvac@molvac.com

分子/增压泵的应用

1．重离子加速器(中科院近代物理研究所).
        如图1所示.下方2台MB200B(600L/s)的分子/增压泵成功用于取代重离子加速器大流量差分系统的2套600L/s罗茨泵+LN2(液氮)档油阱.首次攻克了大流量差分系统的油蒸汽污染难题.大幅度提高了差分系统的性能.该项成果已在国际加速器学术交流会上发表.得到与会专家的高度评价.
        目前.该泵已连续运行1年以上.达到了对可靠性有很高要求的重离子加速器的标准.
 

图1 分子/增压泵用于重离子加速器(中科院近代物理研究所提供)

        照片中后方两台立式真空泵为FF-160分子泵.这2台分子泵也将被分子/增压泵取代.该项成果现已获得国家自然科学基金委立项资助(NO.10675152.资助金额:37万元).
 
2．大型连续真空镀膜生产线(××光学材料科技有限公司)

图2 分子/增压泵用于大型连续真空镀膜机

        用2台MB200A分子/增压泵(600L/s.图中右下方)取代大型连续真空镀膜机进片系统的1台1,200L/s罗茨泵和1台1,500L/s的涡轮分子泵.经济效益:
1．节电8万度/年.
2．容积1.5 m3过渡室:压强50Pa-0.3Pa的抽气时间仅25秒.缩短抽气时间50%以上.
3．攻克大型连续镀膜设备进片系统的油蒸汽污染难题.消除油蒸汽对基片表面的污染.镀膜产品的质量显著提高.
3．大型磁控溅射镀膜机(深圳××××真空镀膜有限公司)

图3 分子/增压泵用于大型磁控溅射镀膜机

        用3台1,200 L/s的分子/增压泵+1台2XZ-15.成功取代大型磁控溅射镀膜设备(Φ1000×1200)的3台1,200L/s复合分子泵.3台2XZ-15旋片泵.以及1台ZJ-150罗茨泵.经济效益:
(1)年节电3万度
(2)消除了50-1 Pa压强范围的的油蒸气污染.显著提高薄膜产品质量.
(3)消除了放电镀膜(0.5 Pa)和辉光清洗(2 Pa)时的不稳定现象.
(4)抽气机组费用节约1万元.
(5)运行可靠.故障率低.
 
4．EAST人造小太阳装置(中科院等离子体物理研究所).
    分子/增压泵用于EAST人造小太阳装置.性能全面超过复合分子泵.
5．稀土永磁材料真空熔炼(深圳大学专利申请号:200310112360.2)
分子/增压泵用于稀土永磁材料真空熔炼.取代扩散泵和罗茨泵.取得了如下优异成绩:
1．抽气时间:     缩短50%
2．生产效率:     提高25%
3．节能:         抽气能耗节省95%.年节电6万多度.
4．产品质量:     表面氧化显著下降.
6．液晶背光源.节能灯圆排车.取代ZJ-150+2X-15机组.年节电7万度.

        用3套MB200B分子/增压泵可取代1台圆排车的所有ZJ-150罗茨泵机组和大部分旋片泵.经济效益:
1． 显著降低油蒸汽污染.提高产品的质量.
2． 降低设备费用2万元/台.
3． 减少设备的占用空间.
4． 年节电18万度/台.

min

2

4

4

6

冷却水量

L/min

6

3

12

6

最大运行功耗

kW

0.25

0.1

0.5

0.2

重量

kg

28

26

46

44

推荐前级泵

L/s

8

4

15

8