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真空等離子清洗機其工作原理是在真空環(huán)境下通過對氣體施加較高能量使其轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)，組成等離子狀態(tài)的活性組分有離子、電子和活性基團等，這些活性組分對試件表面進(jìn)行“轟擊”，起到表面清潔、改性等作用。

真空的獲得

為了獲得真空環(huán)境,我們需要能夠讓系統(tǒng)達(dá)到真空環(huán)境的組件——真空泵,根據(jù)真空的等級,對應(yīng)使用的真空泵也不同,對于低真空環(huán)境來說,一般需要機械泵來維持。而高真空以及超高真空一般需要分子泵和離子泵的泵組來維持。

真空泵組

從原理上講,真空泵一般分為兩類:氣體傳輸泵以及氣體捕集泵。其中,氣體傳輸泵的工作原理是:將腔體內(nèi)的氣體不斷吸入泵中然后進(jìn)行排除以降低腔體內(nèi)的壓強。氣體捕集泵的工作原理是:將腔體內(nèi)的氣體吸附在泵內(nèi)的表面上,不排出泵外。

機械泵按照原理上分類,屬于氣體傳輸泵,機械泵是粗抽泵,處于最前級,從大氣壓開始降低系統(tǒng)的壓力。采用的原理是利用氣體的膨脹、壓縮和排出,通過周期性地改變氣腔的容積,使容器中的氣體排出,最終極限甚至能夠達(dá)到10^-3torr的真空度。

機械泵主要分油泵(RotaryPump)或機械式干泵(ScrollPump)。這兩大類。油泵的實物及原理如圖1-a所示，油泵是通過泵外的電機帶動泵內(nèi)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn),與轉(zhuǎn)子相連的旋片不斷開合,這種往復(fù)運動所造成的壓強差就能讓腔體內(nèi)的氣體不斷排除泵外。由于這種工作結(jié)構(gòu)從設(shè)計上而言不夠緊密,轉(zhuǎn)子與空腔接觸部分會發(fā)生漏氣,為避免這種情況,一般會在漏氣部分采用機械泵油,這能起到一定的密封作用,除此之外,有些油泵還會采用雙級泵結(jié)構(gòu),使得前級泵在吸氣時后級泵進(jìn)行排氣工作,降低壓強差,保證泵的密封性。但是,由于采用了油進(jìn)行密封,因此泵體內(nèi)存在很多油滴和油分子,因此會通過進(jìn)氣口擴散到真空環(huán)境中去造成污染,這也是油泵的一個弊端。

圖1真空泵及其工作原理簡介。(a)油泵實物圖及其油泵工作原理圖。(b)干泵實物圖及其工作原理圖。

干泵很好的解決了油泵“反油”的弊端,干泵不再采用油膜進(jìn)行密封,而是通過動靜旋盤之間的緊密貼合來進(jìn)行密封。通過巧妙的設(shè)計,氣體從旋盤的最外側(cè)進(jìn)入旋盤間的縫隙,通過轉(zhuǎn)動逐漸被壓縮到最內(nèi)側(cè)并排出,如圖1-b所示。

干泵油泵優(yōu)劣勢對比

油泵優(yōu)勢

抽氣速度快：油泵通常具有較高的抽氣速度，能夠在短時間內(nèi)將真空系統(tǒng)中的氣體抽出，快速達(dá)到所需的真空度。

極限真空度高：原則上來說油泵的密封性高，與干泵相比能達(dá)到更好的真空度。

油泵劣勢

有油污染風(fēng)險：油泵使用油作為工作介質(zhì)，在運行過程中可能會產(chǎn)生油蒸汽，這些油蒸汽可能會污染真空系統(tǒng)中的樣品或產(chǎn)品，對于一些對污染敏感的工藝，如半導(dǎo)體芯片制造、光學(xué)元件制造等，需要采取額外的措施來防止油污染。

需要定期維護(hù)：為了保證油泵的性能和壽命，需要定期更換泵油、清洗油過濾器和油霧分離器等部件，維護(hù)工作相對頻繁，成本也較高。

不適合某些特殊氣體：對于一些具有腐蝕性或與油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，油泵可能無法直接處理，需要在進(jìn)氣口前增加特殊的氣體處理裝置，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

干泵優(yōu)勢

清潔無污染：干泵在運行過程中無需使用油作為工作介質(zhì)，因此不會產(chǎn)生油蒸汽污染，能夠提供清潔的真空環(huán)境，特別適用于對環(huán)境要求高的場合，如半導(dǎo)體制造、光學(xué)行業(yè)等。

無油霧排放：由于不涉及油的使用，干泵不會排放油霧，這對于保持工作場所的清潔和操作人員的健康非常有利，也符合環(huán)保要求。

適合多種工藝：能適應(yīng)多種不同的工藝要求，包括一些對真空度和氣體處理能力有特殊要求的場合，如在一些需要處理腐蝕性氣體或含有顆粒的氣體的工藝中，干泵可以通過特殊設(shè)計來滿足需求。

維護(hù)成本低：不需要定期更換泵油，也無需處理因油污染導(dǎo)致的相關(guān)問題，如油過濾器更換、油霧分離器維護(hù)等，因此維護(hù)工作相對簡單，成本較低。

干泵劣勢

抽氣速度相對較低：與同規(guī)格的油泵相比，干泵的抽氣速度通常較慢，這意味著在需要快速達(dá)到高真空度的應(yīng)用中，干泵可能需要更長的時間來完成任務(wù)。

極限真空度有限：雖然干泵能夠達(dá)到較高的真空度，但一般情況下，其極限真空度不如油泵高。在一些對真空度要求極高的實驗或工藝中，可能無法滿足要求。

價格較高：干泵的設(shè)計和制造技術(shù)相對復(fù)雜，因此其初始購買價格通常比油泵要高，這在一定程度上增加了設(shè)備的投資成本。

綜上所述，真空等離子清洗機配干泵和油泵各有優(yōu)缺點。在選擇時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求、工作環(huán)境以及預(yù)算等因素綜合考慮，以確定哪種泵更適合實際應(yīng)用。