一种真空机组的制作方法

本发明涉及化学气相沉积技术领域，更具体地说，特别涉及一种真空机组。

背景技术：

化学气相沉积是一种被广泛应用于生产新型材料(如C/C、C/SiC、SiC/SiC等复合材料)的工艺方法。化学气相沉积是利用化学气沉积的原理，将在化学气相沉积设备中参与化学反应的物质，加热到一定工艺温度，在真空泵抽气系统产生的牵引力作用下，引至沉积室进行反应、沉积、生成新的固态物质的过程。

通过化学气相沉积技术制备的碳化硅(C/SiC)具有许多优异的性能，可作为高温半导体、硬质耐磨涂层和抗高温氧化涂层等重要材料使用。碳化硅沉积需在负压下进行，这就要求在工艺过程中对设备持续抽真空，一般采用真空机组实现抽真空操作，但由于SiC沉积工艺过程中，会产生大量酸性气体和粉尘颗粒物，现有技术中常采用旋片式真空泵或者滑阀泵组成真空机组进行抽真空，因为旋片式真空泵和滑阀泵的转子和泵腔都存在机械摩擦，容易因为粉尘的进入导致机械磨损，造成泵的失效，使得真空机组无法进行抽真空操作。

因此，设计一种能够减少粉尘进入所导致的机械磨损的真空机组，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为提供一种真空机组，该真空机组通过其结构设计，采用罗茨泵和液环泵组成，能够有效减少粉尘进入所导致的机械磨损。

一种真空机组，用于化学气相沉积设备的抽真空操作，包括罗茨泵和液环泵，所述罗茨泵设置有罗茨泵进气口和罗茨泵排气口，所述液环泵设置有液环泵进气口和液环泵排气口；

所述罗茨泵进气口与所述化学气相沉积设备连通用于通入气体，所述罗茨泵排气口与所述液环泵进气口连通，所述液环泵排气口用于排出气体；

所述罗茨泵腔内设置有罗茨泵第一转子和罗茨泵第二转子，所述罗茨泵第一转子和所述罗茨泵第二转子同步旋转且旋转方向相反，所述罗茨泵第一转子和所述罗茨泵第二转子之间有间隙，且均与所述罗茨泵内壁有间隙；

所述液环泵腔内设置有液体介质和叶轮，所述叶轮绕自身轴心在所述液体介质中旋转。

优选地，所述液体介质为变压器油。

进一步地，还包括油循环罐，所述油循环罐设置有油循环罐进气口和油循环罐排气口，所述液环泵排气口与所述油循环罐进气口连通，所述油循环罐排气口用于排出空气。

优选地，所述罗茨泵内壁喷涂有聚四氟乙烯涂层。

优选地，所述叶轮由SUS316L不锈钢组成。

优选地，所述罗茨泵第一转子和所述罗茨泵第二转子之间的间隙大于0.5mm且小于1mm，所述罗茨泵第一转子和所述罗茨泵第二转子与所述罗茨泵内壁的间隙均大于0.5mm且小于1mm。

优选地，还包括焦油尾气处理系统，所述焦油尾气处理系统设置有输入口和输出口，所述输入口与所述液环泵排气口连通，所述输出口用于排出尾气。

优选地，还包括焦油尾气处理系统，所述焦油尾气处理系统设置有输入口和输出口，所述输入口与所述油循环罐排气口连通，所述输出口用于排出尾气。

优选地，所述叶轮为设置有固定叶片的偏心转子，所述液体介质被所述叶片抛向四周形成封闭圆环，所述封闭圆环的形状决定于所述液环泵的泵腔形状。

优选地，所述罗茨泵还包括一对平行轴和一对齿轮，所述罗茨泵第一转子和所述罗茨泵第二转子相互垂直地安装在所述平行轴上，所述齿轮的传动比为1并带动所述罗茨泵第一转子和所述罗茨泵第二转子作彼此反向的同步旋转运动。

本发明提供的真空机组，通过其结构设计，采用罗茨泵和液环泵组成，罗茨泵的两个转子之间设置有间隙，且两个转子均与罗茨泵内壁有间隙，液环泵腔内的叶轮在液体介质中旋转，使得即使泵内进入了粉尘，罗茨泵的转子和液环泵的叶轮在运作时，也不会和泵内壁发生机械接触，能够有效减少粉尘进入所导致的机械磨损。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中真空机组的示意图；

图2为本发明实施例中真空机组的罗茨泵的示意图；

图3为本发明实施例中真空机组的液环泵的示意图；

图4为本发明实施例中带有油循环罐的真空机组的示意图；

图5为本发明实施例中带有焦油尾气处理系统的真空机组的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明提供的一种真空机组，用于化学气相沉积设备的抽真空操作，其特征在于，包括罗茨泵1和液环泵2，罗茨泵1设置有罗茨泵进气口11和罗茨泵排气口12，液环泵2设置有液环泵进气口21和液环泵排气口22；

罗茨泵进气口11与化学气相沉积设备连通用于通入气体，罗茨泵排气口12与液环泵进气口21连通，液环泵排气口22用于排出气体；

如图2所示，罗茨泵1腔内设置有罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14，罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14同步旋转且旋转方向相反，罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14之间有间隙，且均与罗茨泵1内壁有间隙；

如图3所示，液环泵2腔内设置有液体介质23和叶轮24，叶轮24绕自身轴心在液体介质23中旋转。

在现有常用的真空机组中，采用旋片式真空泵或者滑阀泵作为主要设备，与化学气相沉积设备连通对其进行抽真空操作。但是由于旋片式真空泵或滑阀泵的转子和泵腔之间都存在机械摩擦，在抽真空时，粉尘的进入泵内并堆积在泵内，很容易导致机械磨损，造成泵的失效，影响抽真空的效率。

为了解决上述问题，本实施例采用罗茨泵1和液环泵2作为真空机组的主要设备，与化学气相沉积设备连通对其进行抽真空操作。其中罗茨泵1的罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14之间，以及罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14与罗茨泵1内壁之间均设置有间隙，转子之间的空隙以及转子与泵内壁之间的空隙，使得即使有粉尘堆积，罗茨泵1在运作时内部也不会产生机械磨损，避免了沉积过程产生的粉尘造成机械磨损。

罗茨泵1其在泵腔内有两个形状对称的罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14，根据需求，罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14的转子形状可以为两叶、三叶或四叶。

由于罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14的连续旋转，被抽气体从罗茨泵进气口11吸入到罗茨泵第二转子14与泵壳之间的空间内，吸气后空间是全封闭状态。随着两个转子的转动，封闭的空间与罗茨泵排气口12相通，由于排气侧气体压力较高，引起一部分气体反冲过来，使空间内的气体压力突然增高。当转子继续转动时，空间内原来封入的气体连同反冲的气体一起被排向泵外。这时，罗茨泵第一转子13又从罗茨泵进气口11封入与初始吸入气体同体积的气体。由于罗茨泵的连续运转，使两个转子不停地形成封闭空间又不停地将封闭空间内的气体排出泵外，从而实现了抽真空的目的。

同时，在化学气相沉积工艺中，由于对真空度要求较高，罗茨泵1需要达到一定的真空度才能开启，从而罗茨泵1不能单独使用，因此本实施列中还设置了液环泵2作为配套使用，液环泵2作为前级泵，与罗茨泵1串联设置，开机顺序是先开液环泵2，当液环泵2真空度到达极限时再开启罗茨泵1，这样设备才能正常运转，如果前级泵没有提供足够的负压就开启罗茨泵1，会造成罗茨泵1超电流跳闸。

液环泵2内设置有液体介质23和叶轮24，叶轮24绕自身轴心在液体介质23中旋转，起到提高抽速及气液分离的作用，在液环泵2作为前级泵的前提下，保障罗茨泵1内不会有液体进入，且满足罗茨泵1的真空度需求。其中液体介质可以采用水或者其它可流动的液体。

在抽真空运作中，首先开启液环泵2，在液环泵2真空度到达极限时再开启罗茨泵1，化学气相沉积设备中的气体通过罗茨泵进气口11进入罗茨泵2，再经罗茨泵排气口12通过液环泵进气口21进入液环泵2，然后通过液环泵排气口22排出，达到对化学气相沉积设备抽真空的效果。

优选地，液体介质23为变压器油，用变压器油作为工作液，液环泵2的吸气压力可达到6.7mbar绝压(99.3％真空度，相对于用水作为工作液达到的33mbar绝压(97％真空度)吸气压力，有效的提高了抽真空度。

如图4所示，进一步地，还包括油循环罐3，油循环罐3设置有油循环罐进气口31和油循环罐排气口32，液环泵排气口22与油循环罐进气口31连通，油循环罐排气口32用于排出空气。

在实际运用中，还可以给液环泵2配置大容量的油循环罐3，液环泵2中的变压器油可以在油循环罐3中进行循环，即使进入一定量的副产物例如粉尘，由于油循环罐3能够提供大量的变压器油，相对于同等量的副产物，液环泵2中的变压器油的质量也能够满足液环泵2的正常使用。

优选地，罗茨泵1内壁喷涂有聚四氟乙烯涂层，聚四氟乙烯Polytetrafluoroethylene，简写为PTFE，一般称作“不粘涂层”，具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，能够避免沉积过程产生的酸性气体对泵腔造成腐蚀。

优选地，叶轮24由SUS316L不锈钢构成，SUS316L是日本SUS系列不锈钢，是一种耐腐蚀性材料，它的抗晶体腐蚀性很好，能够避免沉积过程产生的酸性气体对泵腔造成腐蚀。

优选地，罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14之间的间隙大于0.5mm且小于1mm，罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14与罗茨泵1内壁的间隙均大于0.5mm且小于1mm。

罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14之间设置有间隙，且均与罗茨泵1内壁设置有间隙，如果间隙过小，易导致粉尘恰好卡在转子与内壁之间，形成机械磨损；而如果间隙过大，抽真空效果又会降低，根据实验检测，碳化硅化学气相沉积工艺中，粉尘的直径一般小于0.5mm，因此为了同时满足避免机械磨损和最大化抽真空效果的前提下，将上述间隙设置为0.5mm至1mm之间。

优选地，还包括用于处理尾气的焦油尾气处理系统4，焦油尾气处理系统4设置有输入口41和输出口42，输入口41与液环泵排气口22连通，输出口42用于排出尾气，即由真空机组从化学气相沉积设备中抽出的气体，要先经过焦油尾气处理系统4，进行去焦油尾气处理再排放，避免对工作环境的污染。

如图5所示，同理地，在包括油循环罐3的情况下，还包括用于处理尾气的焦油尾气处理系统4，焦油尾气处理系统4设置有输入口41和输出口42，输入口41与液环泵排气口22连通，输出口42用于排出尾气，即由真空机组从化学气相沉积设备中抽出的气体，要先经过焦油尾气处理系统4，进行去焦油尾气处理再排放，避免对工作环境的污染。

如图3所示，优选地，叶轮24为设置有叶片241的偏心转子242，液体介质23被叶片241抛向四周形成封闭圆环，封闭圆环的形状决定于液环泵2的泵腔形状。

在液环泵2的泵体中装有适量的液体介质23作为工作液。当叶轮24向一个方向连续旋转时，工作液被各个叶片241抛向四周，由于离心力的作用，工作液形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。封闭圆环的下部分内表面恰好与叶轮24的轮毂相切，封闭圆环的上部内表面刚好与叶片241顶端接触实际上叶片241在封闭圆环内有一定的插入深度。此时叶轮24的轮毂与封闭圆环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮24分成和叶片241数目相等的若干个小腔。如果以叶轮24的下部0°为起点，那么叶轮24在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的液环泵进气口21相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与液环泵进气口21隔绝；当叶轮24继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与液环泵排气口22相通时，气体便被排出液环泵2泵外，实现抽真空操作。

如图2所示，优选地，罗茨泵1还包括一对平行轴15和一对齿轮，罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14相互垂直地安装在平行轴15上，齿轮的传动比为1并带动罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14作彼此反向的同步旋转运动。

采用传动比为1的一对齿轮，实现罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14作彼此反向的同步旋转运动，同时罗茨泵第一转子13和罗茨泵第二转子14相互垂直地安装在一对平行轴15上，避免两个转子在旋转式发生机械接触，在转子设置有间隙的情况下，达到更好的抽真空效果。

上述各进气口和排气口的连通，可以采用直接连通，也可以通过连接管道连通，只要可以实现气体在真空机组中流通即可，连接方式可以根据实际需要进行选择。

以上对本发明所提供的一种真空机组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。