大型中、高真空抽气机组及其抽气工艺的制作方法
【专利摘要】一种大型中、高真空抽气机组及其抽气工艺，采用并联抽气的深冷水汽泵、牵引分子泵和化学吸附泵机组，取代传统串联抽气的扩散泵+罗茨泵机组。其中，牵引分子泵用于抽除压强几百Pa~几Pa区段的气体；深冷水汽泵和牵引分子泵并联，用于抽除压强几Pa~10-2Pa区段的气体；牵引分子泵、深冷水汽泵和化学吸附泵并联，用于抽除≤10-2Pa区段的气体；从而实现提高中、高真空交接区段的抽气能力，降低抽气能耗和运行成本，消除油蒸汽污染和提高真空产品质量。
【专利说明】大型中、高真空抽气机组及其抽气工艺【技术领域】
[0001]本发明属于真空镀膜【技术领域】，尤其涉及一种大型中、高真空抽气机组及其抽气工艺。
【背景技术】
[0002]传统大型中、高真空抽气机组采用扩散泵+罗茨泵+粗抽泵机组(简称扩散泵机组)抽气，其存在如下缺点:
1.能耗高。扩散泵、罗茨泵都是高能耗泵，一台有效抽速I万L/S的扩散泵机组，标称能耗超过40kW，年耗电超过30万度。
[0003]2.扩散泵利用油蒸汽射流抽气，油蒸汽污染严重，影响真空产品的质量。
[0004]3.扩散泵启动时间长(约60min)，抽气利用率低，并且进一步增加了抽气能耗。
[0005]上述缺点是当今大型中、高真空设备亟待解决，但一直未能攻克的难题。
[0006]近年来，多项专利，例如
专利号:ZL 201010100309.X (大型中、高真空抽气机组)
专利号:201210170072.1 (一种抽气系统及工艺)
专利号:201310241954.7 (真空炉抽气系统及其抽气工艺)
专利号:201310242244.6 (蒸发镀膜设备及其抽气工艺)
专利号:201310241939.2 (等离子体镀膜设备及其抽气工艺)
专利号:2013106902616 (并联环流泵、组合环流泵、复合环流泵及其抽气机组)
提出了由牵引分子泵+化学吸附泵组成的多种新型抽气机组，在中真空和高真空区段获得了相当不错的抽气能力，但在中、高真空的交接(几Pa~10_2Pa)区段，抽速偏低，影响了抽气机组的整体性能，限制了这些机组的推广应用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种大型中、高真空抽气机组，该抽气机组能显著提高几P aKr2Pa区段的抽速，降低抽气能耗，消除油蒸汽污染，提高真
空产品质量。
[0008]本发明是这样实现的，一种大型中、高真空抽气机组，包括真空室，所述真空室分别与一粗抽泵、一牵引分子泵、一深冷水汽泵和一化学吸附泵连接，所述牵引分子泵的排气口与一前级泵连接。
[0009]具体地，所述真空室和粗抽泵之间设有一第一真空阀，所述真空室和牵引分子泵之间设有一第二真空阀，所述真空室和深冷水汽泵之间设有一第三真空阀，所述真空室和化学吸附泵之间设有一第四真空阀，所述牵引分子泵的排气口和前级泵之间设有一第五真空阀。
[0010]为了清晰地了解本发明的优点，以下将本发明的抽气机组与尺寸大体相同的传统扩散泵机组的抽速(已扣除挡油阱的损耗)作比较。[0011]粗抽区段:本发明与传统抽气机组相同，均由粗抽泵抽气；
中真空阶段:传统抽气机组由罗茨泵抽气，其平均抽速较低，约1，000 L/s，而且，抽速随压强降低显著下降，与真空设备的要求“压强越低，要求抽速越高”正好相反，因此，抽气效率较低；本发明的抽气机组采用牵引分子泵抽气，牵引分子泵在本区段的平均抽速约1，500 L/s,高出罗茨泵50%，加上抽速随压强降低迅速增大，与真空设备的要求相符，实际抽气效率显著优于罗茨泵。
[0012]中、高真空交接区段:该区段中，真空设备的气体负载主要来自真空室内壁以及工件表面吸附气体的解吸，气体总量较大(其中水蒸汽约90%)。该区段，传统抽气机组由扩散泵抽气，该区段压强大部分超过0.1Pa (扩散泵正常运行的最高压强)，因此，抽气效率低下，平均抽速不到10，000 L/s，成为当今真空获得技术中的一大瓶颈。本发明的抽气机组采用深冷水汽泵和牵引分子泵并联抽气，其中牵引分子泵抽速为3，OOOL/s，深冷水汽泵(冷凝面面积约0.2m2)对可凝气体的抽速为20，OOOL/s，深冷水汽泵和牵引分子泵并联的抽速，约为扩散泵机组的2倍。
[0013]高真空阶段:传统抽气机组由扩散泵抽气,抽速约15，000L/s ;本发明的抽气机组采用化学吸附泵、深冷水汽泵和牵引分子泵并联抽气。其中牵引分子泵抽速为3，OOOL/s，深冷水汽泵对可凝气体的抽速为20，OOOL/s，但本区段普遍采用烘烤除气工艺，可凝气体比率约为10%，因此，深冷水汽泵的有效抽速仅为2，OOOL/s;然而，化学吸附泵利用化学反应抽气，抽除气体分子数总量恒定，因此，压强越低，单位体积中的分子数少，抽速就越大，在本区段的抽速可达20，OOOL/s， 牵引分子泵、深冷水汽泵和化学吸附泵并联，合计抽速约为扩散泵机组的1.6倍。
[0014]本发明的抽气机组的优化抽气工艺如下:
(1)粗抽阶段(IO5Pa~几百Pa):由粗抽泵抽气；
(2)中真空阶段(几百Pa~几Pa):由牵引分子泵或牵引分子泵+前级泵抽气；
(3)高真空阶段(几Pa~10_2Pa):由深冷水汽泵和牵引分子泵并联抽气；
(4)高真空阶段(10_2Pa~所需的压强):由化学吸附泵、深冷水汽泵和牵引分子泵并联抽气。
[0015]本发明还包括所述抽气机组的典型应用:大型蒸发镀膜设备和真空炉。本发明所述应用设备与传统设备相比，节省抽气能耗，降低运行费用，还能消除油蒸汽污染，提高真
空产品的质量。
[0016]本发明的深冷水汽泵长时间运行(约几十小时)，其冷凝面会出现可凝气体吸附饱和现象，抽速显著下降，此时，深冷水汽泵需要再生(即清除吸附可凝气体)。
[0017]再生方法:深冷水汽泵由制冷转换成制热，清除吸附气体；或者关闭深冷水汽泵，利用真空升华(不需要加热)清除吸附气体。
[0018]本发明的化学吸附泵长时间运行(约几百小时)，需定期补充，替换吸附材料，以及清除化学吸附生成的固相物质。
[0019]本发明的优点如下:
(I)抽气能力强，抽速约为传统抽气机组的1.5^2倍。
[0020](2)能耗低，相同抽速情况下，能耗仅为传统抽气机组的1/10-?/4，每台抽气机组平均节电25万度/年。[0021](3)消除油蒸汽污染，提高真空产品质量。
[0022](4)抽气利用率高，启动时间短，仅几分钟，仅为扩散泵的1/10。
[0023](5)粗抽泵运行时间短，一套粗抽泵可供5~10台真空机组共用，节省设备、费用和占地空间。
[0024](6)资金回收快。一年节省的运行费用，即可收回增加的设备费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本发明实施例一提供的一种大型中、高真空抽气机组的示意图。
[0027]图2是本发明实施例二提供的一种大型中、高真空抽气机组的示意图。
[0028]图3是本发明实施例三提供的一种大型中、高真空抽气机组的示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合本发明实 施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0030]实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供的一种大型中、高真空抽气机组，包括真空室10，真空室10分别与一粗抽泵11、一牵引分子泵12、一深冷水汽泵13和一化学吸附泵14连接，牵引分子泵12的排气口与一前级泵15连接。其中，真空室10和粗抽泵11之间设有一第一真空阀16，真空室10和牵引分子泵12之间设有一第二真空阀17，真空室10和深冷水汽泵13之间设有一第三真空阀18，真空室10和化学吸附泵14之间设有一第四真空阀19，牵引分子泵12的排气口和前级泵15之间设有一第五真空阀110。
[0031]本实施例一提供的大型中、高真空抽气机组的抽气工艺和深冷水汽泵的再生工艺具体如下:
1.首次抽气步骤:
(1)准备阶段:真空室10装料完毕，关闭真空室10，关闭第一真空阀16、第二真空阀17、第三真空阀18、第四真空阀19和第五真空阀110，粗抽泵11、牵引分子泵12、深冷水汽泵13、化学吸附泵14和前级泵15均置于停止状态；
(2)开启前级泵15，打开真空阀110，启动牵引分子泵12；
(3)依次开启粗抽泵11，打开第一真空阀16、第三真空阀18和第四真空阀19，真空室10、深冷水汽泵13和化学吸附泵14由粗抽泵11抽气；
(4)当真空室10的压强降至几百Pa，并且牵引分子泵12已启动完毕时，依次关闭第一真空阀16和粗抽泵11，打开第二真空阀17，真空室10、深冷水汽泵13和化学吸附泵14由牵引分子泵12抽气；
(5)当真空室10的压强降至几Pa时，启动深冷水汽泵13(若深冷水汽泵13启动时间较长，应适当提前启动)，牵引分子泵12和深冷水汽泵13并联抽气；
(6)当真空室10的压强降至≤0.1 Pa时，启动吸化学吸附泵14，牵引分子泵12、深冷水汽泵13和化学吸附泵14并联抽气，直至真空室10达到所需的真空度。
[0032]2.停止抽气步骤:
(1)依次关闭第二真空阀17、第三真空阀18和第四真空阀19，关闭化学吸附泵14、深冷水汽泵13和牵引分子泵12;
(2)向真空室10注入大气，打开真空室10，取出工件。
[0033](3)关闭真空室10，依次开启粗抽泵11，打开第一真空阀16，真空室10由粗抽泵11抽至几十Pa，依次关闭第一真空阀16和粗抽泵11，抽气机组终止运行，真空室10保持在真空状态。
[0034]需要注意的是，在化学吸附泵14的吸附材料未冷却之前，应避免暴露于大气，从而减少吸附材料损耗，缩短化学吸附泵14随后运行的启动时间。
[0035]3.深冷水汽泵13的再生:
将深冷水汽泵13由制冷模式切换成制热模式，即可清除冷凝面上吸附的可凝气体，完成深冷水汽泵13的再生。
[0036]实施例二
如图2所示，本发明实施例二提供了一种蒸发镀膜设备，其采用实施例一所述的抽气机组抽气。
[0037]本实施例二与实施例一基本相同，其差别在于实施例一中的真空室10由镀膜室20取代。具体如下:本实施例二蒸发镀膜设备包括镀膜室20，镀膜室20分别与一粗抽泵21、一牵引分子泵22、一深冷水汽泵23和一化学吸附泵24连接，牵引分子泵22的排气口与一前级泵25连接。
[0038]其中，镀膜室20和粗抽泵21之间设有一第一真空阀26，镀膜室20和牵引分子泵22之间设有一第二真空阀27，镀膜室20和深冷水汽泵23之间设有一第三真空阀28，镀膜室20和化学吸附泵24之间设有一第四真空阀29，牵引分子泵22的排气口和前级泵25之间设有一第五真空阀210。
[0039]本实施例二提供的蒸发镀膜设备的抽气工艺和深冷水汽泵的再生工艺具体如下:
1.首次镀膜抽气步骤:
(1)镀膜室20装料完毕，关闭镀膜室20，关闭第一真空阀26、第二真空阀27、第三真空阀28、第四真空阀29和第五真空阀210，粗抽泵21、牵引分子泵22、深冷水汽泵23、化学吸附泵24和前级泵25均置于停止状态；
(2)依次开启前级泵25，打开真空阀210，启动牵引分子泵22；
(3)依次开启粗抽泵21，打开第一真空阀26、第三真空阀28和第四真空阀29，镀膜室20、深冷水汽泵23和化学吸附泵24由粗抽泵21抽气；
(4)当镀膜室20的压强降至100Pa，并且，牵引分子泵22已启动完毕时，依次关闭第一真空阀26和粗抽泵21，打开第二真空阀27，镀膜室20、深冷水汽泵23和化学吸附泵14由牵引分子泵22抽气；
(5)当镀膜室20的压强降至IPa时，开启深冷水汽泵23 (若深冷水汽泵23启动时间较长，应适当提前启动)，镀膜室20和化学吸附泵24由牵引分子泵22和深冷水汽泵23并联抽气； (7)当镀膜室20的压强降至0.3 Pa时，关闭第四真空阀29，启动化学吸附泵24 ；
(8)当镀膜室20的压强降至<0.1 Pa，并且化学吸附泵24已开始抽气时，打开第四真空阀29，镀膜室20由牵引分子泵22、深冷水汽泵23和化学吸附泵24并联抽气；
(9)当镀膜室20压强降至蒸发镀膜的要求(通常为5X10_2Pa)时，开始镀膜；
(10)镀膜完成，依次关闭第二真空阀27、第三真空阀28、第四真空阀29，关闭化学吸附栗栗24 ；
(11)向镀膜室20注入大气，打开镀膜室20，取出工件，完成本次镀膜周期。
[0040]2.终止镀膜步骤:
上述镀膜周期完成后，若需终止运行，按下述步骤操作:
(O依次关闭牵引分子泵22和深冷水汽泵23 ；
(2)关闭镀膜室20，开启粗抽泵21，打开第一真空阀26，镀膜室20由粗抽泵21抽气，当镀膜室20的压强抽至<几十Pa时，依次关闭第一真空阀26和粗抽泵21，镀膜室20保持真空状态；
(3)牵引分子泵22停止后，依次关闭第五真空阀210和前级泵25。
[0041]3.继续镀膜步骤:
上述镀膜完成后，若紧接着进行下一次镀膜，则上述首次镀膜步骤(11)完成后，按下述步骤继续操作:
(1)镀膜室20重新装料，关闭镀膜室20；
(2)开启粗抽泵21，打开第五真空阀210；
(3)当镀膜室20的压强降至约100Pa时，依次关闭第五真空阀210和粗抽泵21，打开第二真空阀27，镀膜室20由牵引分子泵22抽气；
(4)当镀膜室20的压强降至几Pa时，打开第三真空阀28，镀膜室20由牵引分子泵22和深冷水汽泵13并联抽气；
(5)当镀膜室20压强降至约0.1Pa时，依次开启化学吸附泵24和真空阀第四真空阀29，镀膜室20由牵引分子泵22、深冷水汽泵23和化学吸附泵24并联抽气；
(6)当镀膜室20压强降至蒸发镀膜要求的压强(通常为5X10_2Pa)时，开始镀膜；
(7)镀膜结束，依次关闭第二真空阀27、第三真空阀28、第四真空阀29，关闭化学吸附栗栗24 ；
(8)向镀膜室20注入大气，打开镀膜室20，取出工件，完成本次镀膜周期。
[0042]4.深冷水汽泵23再生步骤:
深冷水汽泵23长时间运行(约完成镀膜周期几十次后)，其冷凝面会出现吸附饱和现象，抽速显著下降，此时，深冷水汽泵23需要再生，清除深冷水汽泵23冷凝表面吸附的水分子。由于蒸发镀膜的运行周期较短，其再生工艺可安排在两次镀膜之间，利用真空升华完成，具体操作步骤如下:
(1)镀膜周期完成后，依次关闭镀膜室20和深冷水汽泵23、然后，开启粗抽泵21，打开第一真空阀26和第三真空阀28，深冷水汽泵23由粗抽泵21抽气；
(2)深冷水汽泵23的冷凝面上吸附的水分子升华清除完毕(约10min)，即完成深冷水汽泵23的再生。
[0043]实施例三如图3所示，本发明实施例三提供的一种真空炉，采用实施例一所述的抽气机组抽气。
[0044]本实施例三与实施例二的结构类似，包括粗抽泵31、牵引分子泵32、深冷水汽泵33、化学吸附泵34、前级泵35、第一真空阀36、第二真空阀37、第三真空阀38、第四真空阀39和第五真空阀310，其差别在于实施例二中的镀膜室20由真空炉腔30取代；深冷水汽泵33经第六真空阀311与小型清洁高真空泵(例如牵引分子泵)312相连，小型清洁高真空泵312的排气口经第七真空阀313与小型粗抽泵314相连，构成深冷水汽泵33专用的再生装置。
[0045]本实施例三提供的真空炉的抽气工艺以及深冷水汽泵的再生工艺如下:
1.真空炉的抽气步骤:
(1)真空炉腔30装料完毕，关闭真空炉腔30，关闭第一真空阀36、第二真空阀37、第三真空阀38、第四真空阀39、第五真空阀310、第六真空阀311和第七真空阀313，粗抽泵31、牵引分子泵32，粗抽泵31、牵引分子泵32、深冷水汽泵33、化学吸附泵34、前级泵35、小型清洁高真空泵312和小型粗抽泵314均置于停止状态；
(2)开启前级泵35，打开第五真空阀310，启动牵引分子泵32；
(3)依次开启粗抽泵31， 打开第一真空阀36、第三真空阀38和第四真空阀39，真空炉腔30、深冷水汽泵33和化学吸附泵34由粗抽泵31抽气；
(4)当真空炉腔30的压强降至约100Pa时，并且，牵引分子泵32已启动完毕时，依次关闭第一真空阀36和粗抽泵31，打开第二真空阀37，真空炉腔30、深冷水汽泵33和化学吸附泵34由牵引分子泵32抽气；
(5)当真空炉腔30的压强降至几Pa时，开启深冷水汽泵33(若深冷水汽泵33启动时间较长，可提前启动)，真空炉腔30和化学吸附泵34由牵引分子泵32和深冷水汽泵33并联抽气；
(6)当真空炉腔30的压强降至约0.3 Pa时，关闭第四真空阀39，启动化学吸附泵34 ；
(7)当真空炉腔30的压强<0.1 Pa，并且化学吸附泵34已开始抽气(化学吸附泵34的吸附材料表面氧化严重时，启动时间约3~5分钟，氧化轻微时，约f 5秒)时，打开第四真空阀39，真空炉腔30由牵引分子泵32、深冷水汽泵33和化学吸附泵34并联抽气，直至抽到真空炉腔30所需的真空度；
(8)真空炉完成全部操作后，依次关闭第二真空阀37、第三真空阀38和第四真空阀39，关闭化学吸附泵34、深冷水汽泵33和牵引分子泵32。
[0046](9)向真空炉腔30注入大气，打开真空炉腔30，取出工件，真空炉完成本次运行周期。
[0047]2.真空炉停止运行步骤:
(1)关闭真空炉腔30，开启粗抽泵31，打开第一真空阀36，真空炉腔30由粗抽泵31抽
气;
(2)当真空炉腔30的压强抽至≤几十Pa时，依次关闭第一真空阀36和粗抽泵31；
(3)牵引分子泵32停止后，依次关闭第五真空阀310和前级泵35；
(4)真空炉终止运行，真空室腔30保持真空状态。
[0048]3.深冷水汽泵的再生步骤:
真空炉的运行周期普遍较长，真空炉运行过程中，深冷水汽泵33冷凝面吸附饱和现象时有发生，因此，本实施例三的深冷水汽泵33需采用如下不影响真空炉正常抽气的再生工艺:
(1)当深冷水汽泵33冷凝面出现吸附饱和时，依次关闭第三真空阀38和深冷水汽泵
33 ；
(2)依次开启粗抽泵31、打开第六真空阀311，开启小型清洁高真空泵312，打开第七真空阀313，深冷水汽泵33由小型清洁高真空泵和粗抽泵31组成的串联机组抽气，实施真空升华再生；
(3)当深冷水汽泵33冷凝板上吸附的可凝气体全部清除(约10min)，启动深冷水汽泵33。
[0049](4)深冷水汽泵33启动完毕(压强降至≤10_2Pa)时，依次关闭第七真空阀313、小型清洁高真空泵312、第六真空阀311和粗抽泵31，完成再生；
(5)打开第三真空阀38，深冷水汽泵33重新进入真空炉腔30的抽气机组。
[0050]以上所述是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种大型中、高真空抽气机组，包括真空室，其特征在于，所述真空室分别与一粗抽泵、一牵引分子泵、一深冷水汽泵和一化学吸附泵连接，所述牵引分子泵的排气口与一前级泵连接。
2.根据权利要求1所述的大型中、高真空抽气机组，其特征在于，所述真空室和粗抽泵之间设有一第一真空阀，所述真空室和牵引分子泵之间设有一第二真空阀，所述真空室和深冷水汽泵之间设有一第三真空阀，所述真空室和化学吸附泵之间设有一第四真空阀，所述牵引分子泵的排气口和前级泵之间设有一第五真空阀。
3.一种蒸发镀膜设备，其特征在于，采用权利要求1或2所述的抽气机组抽气。
4.根据权利要求3所述的蒸发镀膜设备，其特征在于，利用相邻两次镀膜周期之间的间隔，采用所述蒸发镀膜设备中的粗抽泵对深冷水汽泵实施真空升华再生。
5.一种真空炉，其特征在于，采用权利要求1或2所述的抽气机组抽气。
6.一种权利要求5所述的真空炉，其特征在于，在不中断真空抽气的条件下，利用真空抽气机组，对深冷水汽泵实施真空升华再生。
7.—种如权利要求1或2所述的大型中、高真空抽气机组的抽气工艺，其特征在于包括如下步骤， (1)粗抽阶段(IO5Pa?几百Pa):由粗抽泵抽气； (2)中真空阶段(几百Pa?几Pa):由牵引分子泵或牵引分子泵+前级泵抽气； (3)高真空阶段(几Pa?10_2Pa):由深冷水汽泵和牵引分子泵并联抽气； (4)高真空阶段(10_2Pa?所需的压强):由化学吸附泵、深冷水汽泵和牵引分子泵并联抽气。
【文档编号】F04B37/14GK103758733SQ201410043412
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】储继国 申请人:储继国