电镜扩散泵系统的维护与故障分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)福建医科大学 作者:林曦

  油扩散泵系统是电镜真空系统的核心部分。本文在分析该系统工作原理的基础之上,着重讨论了系统的日常维护、泵油的选择原则与更换清洗方法、典型故障分析与处理等主要方面的问题,同时提出了时扩散泵系统的维护原则与使用建议,以方便电镜及相关仪器工作者解决扩散泵系统可能出现的问题。本文对于采用油扩散泵的其他仪器系统也具有一定的参考价值。

  真空获得设备是电子显微镜真空系统的核心部分,对电镜的使用性能影响极大。无论是钨丝发射源的普通电镜还是需要超高真空的场致发射电镜,均广泛采用机械泵—油扩散泵形式的真空单元获得高真空。由于机械泵和油扩散泵相对于其他真空部件,可靠性高、故障率低且故障现象隐蔽,其工作性能下降往往被当作系统漏气处理,因而常被忽视。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为对机械泵—油扩散泵系统的典型故障及日常维护方面作一讨论,具有一定的现实意义。

  1、工作原理

  1.1、机械泵

  目前广泛采用的机械泵为直联或带联接油浸式旋片泵,原理如图1所示。圆柱形转子一端与泵体内壁相切的方式偏心安装,其旋片沿直径方向由弹簧保持与泵体内壁接触。这样,转子、旋片与泵体及两端缸盖就联合围成三段空隙。当转子旋转时,空隙1变大,向真空系统抽气;空隙2不变;空隙3变小,同时压缩空隙内气体,由排气阀排出。当空隙3转过切线位置,变为空隙1,而空隙1变为空隙2,空隙2变为空隙3,如此往复,完成抽气动作。

旋片泵工作原理

图1 旋片泵工作原理

  1.2、扩散泵

  油扩散泵依靠高速分子动能与气体扩散的联合作用抽真空,性能主要取决于泵体结构、喷口形状以及泵油的质量,基本形式如图2所示。泵底部的泵油受到外电炉加热,在真空下形成上升油蒸气流至各级导管顶端,被各级伞形喷嘴偏转了几乎180“,形成向下的高速、高密度油蒸气流。油蒸气流具有优越的气体分子运载能力,它们裹挟着气体分子向泵出口方向运动。油扩散泵一般设计为三级或四级喷口,下级喷口流量大于上级,这样逐级接力将气体分子排出,由前级泵抽走。当油蒸气碰到经冷却水冷却的泵壁之后,重新凝结为液态油,流回泵底,重新加热,开始新的循环。

油扩散泵工作原理

图2 油扩散泵工作原理

  1.3、扩散泵系统

  油扩散泵工作时要求出口工作压力至少低于40Pa,因此,必须与机械泵相连接构成完整的扩散泵系统才能正常工作,如图3所示。为了隔离机械泵工作的震动、减少真空故障导致机械泵油倒灌等风险,在扩散泵与机械泵之间常加人一个数升至数十升不等的密闭钢制低真空贮气罐,暂时贮存扩散泵排出的气体;此时机械泵或由于拍摄而停止工作,或转去暂时抽样品室或镜体其他部位的低真空。这一装置对于单机械泵系统是必不可少的。

油扩散泵系统

图3 油扩散泵系统

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