定子、旋转轴、干式真空泵及相关制造方法与流程

本发明涉及干式真空泵的定子。本发明还涉及一种旋转轴，该旋转轴构造成支承和旋转地驱动真空泵的至少一个转子。本发明还涉及一种干式真空泵，它至少具有这种定子和/或至少具有这种轴，例如“罗茨”型或“爪”型真空泵，或甚至是螺旋型或螺杆型或其他类似原理的真空泵。本发明还涉及用于制造这种定子和/或旋转轴的方法。

背景技术：

某些制造方法—例如集成电路、光伏太阳能电池、平板显示屏和发光二极管的制造—的特征在于去除来自处理室的腐蚀性反应气体的步骤。干式真空泵被使用，它的入口连接到处理室，出口在将处理过的气体释放到大气中之前连接到气体处理装置。

在泵的入口处吸入的气体被捕获在定子和沿着相反方向旋转的两个转子之间的自由空间中，并被输送到出口。该操作在转子和定子之间没有任何机械接触的情况下通过非常小的间隙进行，这允许完全无油操作。

定子和转子是通常由铸铁制成的部件。

由于吸入的活性气体例如氟、氯和氧的作用，这些部件的表面可能腐蚀。由此可能在部件的表面上形成腐蚀层，从而减小转子和定子之间的操作间隙，改变真空泵的性能特征，并且在最坏的情况下导致泵卡住。

耐蚀镍型的富镍铸铁具有比传统铸铁更耐腐蚀和氧化的优点。然而，由于其非常高的成本和较低的机械性能，这种材料不能容易地代替传统的铸铁来生产真空泵部件。这种材料也很难加工。另外，镍在地球上变得越来越稀有，其环境影响比传统铸铁的元素的环境影响更有害。

一种已知的限制这种材料的使用的解决方案包括在传统铁上沉积镍的薄层至仅几十微米的厚度。

该解决方案在真空泵领域的应用带来了该技术固有的问题。

镍涂层不能充分地粘附到传统铸铁上。传统铸铁在涂层最轻微的撞击或碰触时可能被局部刮擦或撕裂。然后，涂层下的常规铸铁基材可能迅速暴露于腐蚀性气体，导致镍的表面层局部分离。

另外，从涂层中除去的金属颗粒可能重新附着在真空泵体中其它地方的其它镍表面上，导致随后的泵卡住的风险。

也考虑其它类型的铸件或涂层来构成转子和定子的材料，例如基于硅和钼(simo)的球墨铸铁合金或adi铸铁(austemperedductileiron，等温淬火球墨铸铁)或诸如特氟隆的聚合物涂层，然而，由于涂层的粘附性差或这些材料的成本，这些解决方案并不真正令人满意。

技术实现要素：

本发明旨在至少部分地弥补上述缺点。

本发明的一个目的是提供一种抵抗腐蚀性气体的真空泵，该真空泵不太昂贵，并且具有良好的机械强度。

为此，本发明的主题是一种干式真空泵定子，该真空泵包括至少两个转子，这些转子能在定子的中心容腔中沿相反方向以同步的方式旋转，以在定子的吸入口和输出口之间驱动待泵送气体，其特征在于，该定子包括：

-定子外部部件，它由含有少于5％的镍、例如少于1％的镍的铸铁制成，以及

-定子插件，该定子插件中布置被构造成接纳真空泵的转子的所述中心容腔，该定子插件含有至少10％的镍、例如至少30％的镍，例如含有至少35％的镍，

-该定子外部部件已经铸造在该定子插件上。

该定子因此由两种不同材料的实心部件形成。因此，定子的可能与腐蚀性气体接触的芯部由更耐腐蚀的材料构成。另一方面，外部部件的材料具有更大的机械强度。因此，真空泵对腐蚀性气体具有更大的抵抗力，同时具有良好的机械强度。另外，镍的使用是有针对性的，因此也是有限的。

通过将含有少于5％的镍的铸铁铸造在定子插件上，定子外部部件和定子插件局部熔合在一起。在铸造操作期间，由此在定子插件和定子外部部件之间形成紧密的冶金结合。这使得可以解决两种材料的不同热机械行为的问题。因此，冶金结合在机械上非常牢固。这种牢固的冶金结合使得两个部件不可能“分开”。

根据定子的单独或组合使用的一个或多个特征：

-该定子外部部件围绕该定子插件，

-与中心容腔连通的至少一个级间管道(输送道)至少部分地布置在该定子插件中，

-该定子插件是合金，例如铸铁、如球墨铸铁，它含有至少10％的镍，例如含有至少30％的镍，

-该定子插件由镍制成，即，它基本上含有100％的镍，

-该定子外部部件由铸铁—例如球墨铸铁—制成，

-该定子插件的外壁没有螺纹、凹槽、滚花或具有浮雕的其它元件，这些元件具有形成障碍的风险。

本发明还涉及一种干式真空泵，它具有至少一个泵级(泵送级)，以在吸入口和输出口之间驱动待泵送气体，其特征在于，它具有至少一个如上所述的定子。

该真空泵可以包括串联联接的多个泵级。具有如上所述的定子的至少一个泵级可以位于真空泵的输出侧。

根据真空泵的单独或组合使用的一个或多个特征：

-该真空泵还具有旋转轴，该旋转轴构造成支承和旋转至少一个转子，该旋转轴具有：

-由含有少于5％的镍的铸铁制成的轴插件，和

-用于支承真空泵的至少一个转子的轴外部部件，该轴外部部件含有至少10％的镍，

-该轴插件已经铸造在该轴外部部件中，

-该轴外部部件径向地围绕该轴插件，

-该轴外部部件的径向厚度大于0.5厘米。

本发明还涉及一种用于制造干式真空泵定子的方法，其特征在于，该方法具有以下步骤：

-首先，形成含有至少10％的镍、例如含有至少30％的镍、例如含有至少35％的镍的定子插件，

-然后，将由含有少于5％的镍、例如含有少于1％的镍的铸铁制成的定子外部部件铸造在该定子插件上。

根据用于制造干式真空泵定子的方法的单独或组合使用的一个或多个特征：

-定子外部部件由铁素体球墨铸铁制成，它的铸造温度高于1300℃，

-在铸造含有少于5％的镍的铸铁之前，定子插件的外壁的粗糙度在6和12微米之间。

本发明还涉及一种用于干式真空泵的旋转轴，该干式真空泵具有至少一个定子和至少两个转子，这些转子能在定子中沿相反方向以同步的方式旋转，以在吸入口和输出口之间驱动待泵送气体，该旋转轴构造成支承和驱动至少一个转子旋转，其特征在于，该旋转轴具有：

-由含有少于5％的镍、例如含有少于1％的镍的铸铁制成的轴插件，以及

-用于支承真空泵的至少一个转子的轴外部部件，该轴外部部件含有至少10％的镍，例如含有至少30％的镍，例如含有至少35％的镍，

-该轴插件已经铸造在该轴外部部件中。

这种实心的轴外部部件使得可以在轴的表面受到机械冲击的情况下防止腐蚀性气体到达传统的铸铁。相反，在冲击的情况下，腐蚀性气体继续与富镍合金或镍接触。因此，轴外部部件可以承受小的冲击和磨损，而不降低其对腐蚀性气体的防护水平。另外，由于轴外部部件的这种实心特征，可以在真空泵的维护期间重新加工可能损坏的部件。

根据该轴的单独或组合使用的一个或多个特征：

-轴外部部件径向地围绕轴插件，

-轴外部部件的径向厚度大于0.5厘米，

-轴外部部件是合金，例如铸铁—如球墨铸铁，它含有至少10％的镍，例如含有至少30％的镍，例如含有至少35％的镍，

-轴外部部件由镍制成，即，它含有基本上100％的镍，

-轴插件由铸铁制成，例如由球墨铸铁制成，

-轴外部部件的内壁没有螺纹、凹槽、滚花或具有浮雕的其它元件，这些元件具有形成障碍的风险。

本发明还涉及一种干式真空泵，它具有至少一个泵级，以在吸入口和输出口之间驱动待泵送气体，其特征在于，该干式真空泵具有至少一个如上所述的旋转轴。

本发明还涉及一种用于制造干式真空泵的旋转轴的方法，其特征在于，该方法具有以下步骤：

-首先，形成大体上管状形状的轴外部部件，它含有至少10％的镍，例如含有至少30％的镍，例如含有至少35％的镍，

-然后，将由含有小于5％的镍、例如含有小于1％的镍的铸铁制成的轴插件铸造在该轴外部部件中。

根据用于制造干式真空泵旋转轴的方法的单独或组合使用的一个或多个特征：

-轴插件由铁素体球墨铸铁制成，它的铸造温度高于1300℃，

-在铸造含有小于5％的镍的铸铁之前，轴外部部件的内壁的粗糙度在6和12微米之间。

附图说明

从下面参考附图作为非限制性示例给出的描述中，本发明的其它特征和优点将变得更加明显，其中：

图1表示多级罗茨型干式真空泵的元件的示意图。

图2表示图1的真空泵的泵级的示意性剖视图。

图3表示图2的泵级的定子的纵向示意性剖视图。

图4表示在磁性粒子检查期间，对在定子外部部件和定子插件之间的熔合区中执行的样本拍摄的影像。

图5示出用于制造定子或旋转轴的方法的各步骤。

图6示出图1的真空泵的旋转轴的局部示意性剖视图。

在这些图中，相同的元件具有相同的附图标记。

以下实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考涉及相同的实施例或者特征仅适用于单个实施例。不同实施例的简单特征也可以组合或互换，以提供其它实施例。

具体实施方式

本发明适用于具有一个或多个级的任何类型的干式真空泵，例如“罗茨”型真空泵、双“爪”型、螺旋型、螺杆型真空泵或其它类似原理的真空泵，该真空泵特别地在某些制造方法中使用，例如集成电路、光伏太阳能电池、平板显示屏、发光二极管的制造，这些方法包括需要从处理室除去腐蚀性反应气体的步骤，真空泵的入口连接到处理室，出口在将处理过的气体释放到大气中之前连接到气体处理装置。

因此，图1示出罗茨型多级干式真空泵1的实施例。为了清楚起见，仅示出泵运行所需的元件。

真空泵1具有五个泵级1a、1b、1c、1d和1e，每个级1a-1e均具有定子2，图1中仅示出第一级1a的定子的四分之三。定子2例如通过紧固螺钉装配，以构成真空泵1的一体式体部。

泵级1a-1e一个接一个地串联放置，并且通过级间管道13一个接一个地串联连接，该级间管道13在这里横向地(侧向地)布置。

如从图2的示意图中可以看到的那样，级间管道13在定子2的体部中构成。它们将一个泵级的中心容腔3的输出口6连接到下一个级的入口5。例如，每个泵级1a-1e具有两个级间管道13，它们在出口6和入口5之间平行连接，并且布置在中心容腔3的两侧。

泵1还具有两个转子组件7a、7b，每个转子组件分别具有旋转轴8、9。

轴8、9平行安装并且延伸到泵级1a-1e中。它们由马达驱动而分别围绕旋转轴线i-i和ii-ii旋转，并且可以安装在由位于真空泵1的端部处的凸缘12(仅示出其中一个)支承的滚珠轴承上。

每个轴8、9承载各个泵级1a-1e中的一个转子10、11。每个转子10、11例如由两个旋转半瓣10a、10b和11a、11b构成，这两个旋转半瓣通过固定螺钉分别附装并固定到轴8、9上(图1)。

转子10、11具有相同的轮廓，例如各自具有大体上8字形的横截面(图2)。转子10、11在角度上偏移，并且被驱动而在每个级的中心容腔3中以相反的方向同步旋转。

在转子10、11旋转期间，通过定子2的吸入口4、5吸入的气体被捕获在转子10、11和定子2之间的自由空间中，然后被转子10、11驱动到横向级间管道13上游的下一级，以连接布置在该下一泵级的上部部分中的入口5。在最后的泵级1e之后，抽出的气体被驱动向泵1的总输出(图1和2中的箭头g示出气体循环的方向)。

真空泵1被称为“干式”，是因为在操作时，转子10、11在定子2内部旋转，而没有任何机械接触，这允许容腔3无油。

真空泵1的至少一个定子2和/或该泵1的至少一个旋转轴8、9使用两种不同的材料制造，例如使用两种类型的铸铁以两个连续的步骤铸造。

因此，参考图2和3，真空泵1的至少一个定子2具有定子外部部件14和定子插件15。

定子外部部件14由铸铁制成，该铸铁含有少于5％的镍，例如含有少于1％的镍。它例如是球墨铸铁，例如，也被称为fgs铸铁的铁素体铸铁，例如fgs400-15铸铁，或铁磁-珠光体铸铁。根据另一示例，含有少于5％的镍的铸铁是硅和钼基球墨铸铁(也称为simo)。这些类型的常规的非富镍的铸铁具有良好的机械强度。

定子插件15含有至少10％的镍，例如含有至少30％或35％的镍，例如至少90％或100％的镍。

它例如是富镍铸铁，即至少含有铁、碳和镍的合金。

富镍铸铁可以是奥氏体球墨铸铁，也称为fgs耐蚀镍铸铁。这种富镍铸铁比构成定子外部部件14的铸铁更耐腐蚀，该定子外部部件含有微量的镍，即数量小于5％，例如约为0.02％。

根据另一示例，含有至少10％的镍的铸铁是具有片状石墨的奥氏体铸铁，它含有例如10％至20％的镍，例如含有约13.7％的镍。

除了铁和镍之外，富镍铸铁和非富镍铸铁含有至少1％的硅和至少1％的碳。这些铸件还可以含有锰、硫、磷、铜、钼和铬，其含量特别地小于10％。

根据另一示例，定子插件15是含有至少90％的镍的合金。

根据另一示例，定子插件15由镍制成，即含有基本上100％的镍。

定子2因此由两种不同材料的实心部件构成。因此，该定子2的可能与腐蚀性气体接触的芯部由更耐腐蚀的材料构成。另一方面，外部部件14的材料具有更大的机械强度。因此，真空泵对腐蚀性气体具有更大的抵抗力，同时具有良好的机械强度。另外，镍的使用是有针对性的，因此也是有限的。

定子外部部件14可以围绕定子插件15，这保证了良好的机械强度，特别是在泵1中过压或爆炸的情况下。定子外部部件14因此例如具有大体上环形的形状。

定子外部部件14的增强的机械强度可用于将使定子2紧固到另一定子的元件例如螺纹孔布置在该定子外部部件14中。中心容腔3接纳转子10、11，在定子插件15中形成有通向中心容腔3的轴8、9的通道的孔16(图3)。

与中心容腔3连通的至少一个级间管道13也可以至少部分地布置在定子插件15中。在该示例中，两个侧向级间管道13完全布置在定子插件15中。根据另一实施例(未示出)，与中心容腔3连通的级间管道沿着轴8、9的轴向插置在两个连续的泵级之间。

中心容腔3的和级间管道13的与泵送的腐蚀性气体接触的表面因此具有良好的耐腐蚀性。即使在表面壁损坏的情况下，这种实心定子插件15也可以免受腐蚀性气体侵害，腐蚀性气体持续地与富镍合金或镍接触。另外，由于定子插件15的这种实心特征，有可能在真空泵1的维护期间重新加工可能损坏的部件。

由此可以制造真空泵1的单个定子2。优选是位于真空泵1的输出侧的、最后一个泵级1e的定子2。在像这样制造多个定子2的情况下，它们是位于真空泵1的输出侧的串联的相邻泵级的定子，例如最后两个或三个泵级1c、1d、1e的定子。位于输出侧的泵级是具有最高压力的泵级，因此面临最大的腐蚀风险。

也可以所有泵级1a-1e的定子2都通过这种方式获得。

在定子的制造方法100中，形成含有至少10％的镍的定子插件15(图5的步骤101)，然后，将由含有少于5％的镍的铸铁制成的定子外部部件14铸造在定子插件15上(步骤102)。

通过将非富镍的铸铁铸造在定子插件15上，定子外部部件14和定子插件15在约200微米的熔合区zf上局部熔合(参见图4)。在铸造操作期间，由此在定子插件15和定子外部部件14之间形成紧密的冶金结合。这使得可以解决两种材料的不同热机械行为的问题。因此，冶金结合在机械方面非常牢固。这种牢固的冶金结合使得两个部件14、15不可能“分开”。

在铁素体球墨铸铁形成定子外部部件14的情况下，铁素体球墨铸铁的铸造温度可以高于1300℃，例如在1300℃和1600℃之间，更优选地在1300℃和1400℃之间。通过定子外部部件14进行的包覆模制可以提供能量，以辅助定子插件15的热处理。

在模制定子外部部件14之前，准备定子插件15的外表面，以去除模具残余物(砂粒或其它元件)和/或芯部残余物，使得定子插件15的外壁的粗糙度例如在6和12微米之间，这对应于粗糙的表面处理。发明人已经发现，这种表面处理使得可以获得更好的结果，这与直觉相反。

另外，定子插件15的外壁有利地没有螺纹、凹槽、滚花或具有浮雕的其它元件，这些元件可能形成孔或气隙，削弱定子外部部件14和定子插件15之间的冶金结合的质量。

另外，真空泵1的至少一个旋转轴8、9可以由两种不同类型的材料构成，例如两种类型的铸铁。

因此，至少一个旋转轴8、9具有由含有少于5％的镍的铸铁制成的轴插件17和含有至少10％的镍的轴外部部件18(图6)。

由含有少于5％的镍、例如含有少于1％的镍的铸铁制成的轴插件17例如是铁素体球墨铸铁。

如上文对于定子插件15所述，含有至少10％的镍、例如含有至少30％或35％例如至少90％的镍的轴外部部件18可以是铸铁合金—例如奥氏体球墨铸铁，或者可以是100％的镍。

轴外部部件18用于支承至少一个转子10、11，例如罗茨型转子，或具有其它形式，例如螺纹式螺杆泵部件。

轴外部部件18可能与腐蚀性气体产生接触。因此，轴8的该部分由更耐腐蚀的材料构成。轴插件17的材料具有更好的机械强度，特别地保证良好的弯曲强度。

轴插件17铸造在轴外部部件18中。

为此，以大体上管状形状形成含有至少10％的镍的轴外部部件18(图5的步骤101)，然后，将含有少于5％的镍的铸铁轴插件17铸造在轴外部部件18上(步骤102)。

轴外部部件18可以径向地围绕轴插件17。轴外部部件18因此在轴8、9的制造期间用作轴插件17的模具。

对于定子2，在铁素体球墨铸铁构成轴插件17的情况下，铁素体球墨铸铁的铸造温度可以高于1300℃，例如在1300℃和1600℃之间，更优选地在1300℃和1400℃之间。

另外，在模制轴插件17之前，轴外部部件18的内壁的粗糙度例如在6和12微米之间。轴外部部件18的内壁也优选地没有螺纹、凹槽、滚花或具有浮雕的其它元件，这些元件具有形成障碍风险。

轴外部部件18的径向厚度d可以大于0.5cm，例如在0.6cm和2cm之间，与以薄层沉积的现有技术的涂层的几微米相比，该径向厚度是比较大的。这种实心的轴外部部件18使得可以在轴8、9的表面受到机械冲击的情况下防止腐蚀性气体到达传统的铸铁。相反，在冲击的情况下，腐蚀性气体持续与富镍合金或镍接触。因此，轴外部部件18可以承受小的冲击和磨损，而不降低其对腐蚀性气体的防护水平。另外，由于轴外部部件18的这种实心特征，有可能在真空泵1的维护期间重新加工可能损坏的部件。

真空泵1的特征例如在于以这种方式制造两个旋转轴8、9，以及以这种方式制造输出侧的两个或三个定子2。

小体积转子10、11可以完全由富镍合金—例如含有至少10％或30％或35％的镍的铸铁、例如奥氏体球墨铸铁—制成，或可以由镍制成。

以这种方式，可以限制定子2和转子10、11之间的功能间隙中的腐蚀层的形成，这种腐蚀层的形成可能导致真空泵1故障。以这种方式得到的真空泵1更耐腐蚀性气体，成本不高，并且具有良好的机械强度。