深圳大學物理科學學院儲繼國教授的原創性研究成果:新一代分子泵-分子/增壓泵最近由深圳市摩爾真空技術有限公司實現了產業化.

該泵開創了多項世界第一:
1．世界上第一臺兼有中.高真空雙重性能的真空泵.
2．世界上首次獲得有工業應用價值的大尺寸.清潔中真空環境.
3．能耗最低的中真空泵.僅為目前中真空主流泵種-羅茨泵的10%.
4．體積最小.重量最輕的中真空泵.約為羅茨泵的十分之一.
5．結構最簡單的分子泵.動輪全部由平圓盤構成.無任何葉片.攻克了傳統分子泵受大流量氣體沖擊.渦輪葉輪容易損壞(俗稱剃光頭)的一大缺點.

       分子/增壓泵的轉速高達20,000-40,000轉/分.加上采用臥式結構.制造工藝十分復雜.是我國一直未能攻克的工藝.技術難關.最近.深圳市摩爾真空技術有限公司與深圳大學合作.經過三年多時間的拼搏.不懈努力.2005年.終于研制成功產品樣泵.現已批量生產.

        分子/增壓泵主要用于太陽能電池.固體照明.液晶顯示屏和背光源.磁控濺射.離子鍍.化學氣相沉積(CVD).低輻射玻璃.ITO玻璃.稀土材料熔煉等高新科技產業.以及高能加速器.等離子體.可控核聚變.重離子儲存環.電子對撞機和宇宙仿真等現代科學研究領域.為其提供極其清潔的工作環境.有十分重大的社會效益和經濟價值.目前.分子/增壓泵已經成功用于:

1．中科院蘭州近代物理研究所重離子加速器.首次攻克了大流量差分系統的油蒸汽污染難題.該項成果已經得到國際加速器專家的高度關注.
2．中科院等離子體物理研究所的人造小太陽裝置(EAST).性能全面超過現有渦輪分子泵和復合分子泵的水平.
3．上海××電光有限公司(臺資)液晶背光源生產線.產品質量提升.生產效率提高4倍.
4．安徽××光學材料科技有限公司的大型連續真空鍍膜設備進片和出片室改造.生產效率提高30%.節能20kW.年節電15萬度.1年內可收回設備改造費用.并消除了基片在進.出片過程中的油蒸汽污染.顯著提高鍍膜產品的質量.
5．深圳多家真空鍍膜公司的大.中型鈦金鍍膜設備.節能6-12kW.年節電4-8萬度.
6．稀土永磁材料真空熔煉.生產效率提高20%.節省抽氣能耗95%.年節電4萬度.

        儲繼國教授長期從事分子泵理論和結構改進方面的研究工作.主要研究成果如下:

1982年:創立分子泵的統計理論:The statistical theory of turbo-molecular pumps.指出了當時分子泵理論研究中的根本性錯誤.并用統計物理方法.建立了嚴密的分子泵的新理論體系.不僅搞清楚了渦輪分子泵的工作機理.而且.揭示了渦輪分子泵和分子拖動泵在工作機理上的根本區別.為80年代開始的新一代分子泵:復合分子泵和分子/增壓泵的發展作出了重要貢獻.
1985年:研制成功世界上第一臺達到產品水平的<復合分子泵>.由復旦大學與中科院北京科學儀器廠合作研制成功產品樣機.引領了20世紀90年代國際真空產業界<復合分子泵>熱潮.
1993年:創立了分子泵的微分網絡理論:Model of differential electrical network for the blades of turbo-molecular pump.為渦輪分子泵的發展提供了堅實的理論基礎.
1997年:創立牽引分子泵的自泄漏理論.為分子/增壓泵的發展提供了設計平臺.
1999年:研制成功<分子/增壓泵>的科研樣機.并在首屆<中國國際高新技術成果交易會>入選為重點推介項目.
2005年:研制成功<分子/增壓泵>產品樣機.
2006年:實現<分子/增壓泵>的批量生產.
2007年:負責制訂國家發改委機械行業標準:<真空技術.復合分子泵>.

分子/增壓泵簡介

1．概況
        分子/增壓泵是深圳大學儲繼國教授從事分子泵理論研究20余年取得的原創性科技成果.最近由深圳市摩爾真空技術有限公司轉化為產品(如圖1所示).該泵采用獨創的專利技術.具有結構簡單.運行可靠.節能顯著.兼有中.高真空雙重性能.能獲得清潔真空(尤其清潔中真空)等一系列優點.該泵用于各種中.高真空應用領域.取代現有羅茨泵.油擴散泵和傳統分子泵.不僅消除了油蒸汽污染.顯著提高了真空產品的質量.而且.10個月節約的電費即可收回設備改造費用.

分子/增壓泵的問世.開創了多項世界第一:
(1)世界第一臺兼有中.高真空雙重性能的真空泵.
(2)世界第一臺清潔(機械)中真空泵.
(3)世界上能耗最低的中真空泵.僅為羅茨泵的10%.

圖2 分子/增壓泵的轉子

  圖3 傳統分子泵的渦輪轉子

(4)世界上體積最小的中真空泵.不到羅茨泵的10%.
(5)結構最簡單的分子泵.轉子全部由平圓盤構成.無任何葉片.
(6)運行可靠.能承受大流量氣體沖擊.攻克了傳統分子泵轉子易于損壞(剃光頭)的一大缺陷.
(7)能制造大型(≥10,000 L/s)的分子泵.
2．抽氣特性
        分子/增壓泵與ALCATEL公司高壓強分子泵和羅茨泵的抽速比較如圖4所示.曲線1.2和3分別表示.MB200D分子/增壓泵.ATP900HPC高壓強分子泵和RSV2000羅茨泵(60Hz).虛線為非連續工作壓強區域.

從圖4中可以清楚看出:

1)分子/增壓泵的最高連續工作壓強達200Pa.比高壓強分子泵提高40倍.
2)在等離子體放電的主要壓強范圍(0.1-10Pa).分子/增壓泵的抽速為高壓強分子泵的150-200%.因此.特別適用于采用等離子增強的各種應用場合.
3)在10-2-5Pa范圍.分子/增壓泵抽速為羅茨泵的20-1.3倍.并攻克了羅茨泵的中真空油蒸汽污染難題.
3．清潔真空特性
分子/增壓泵的殘氣質譜如圖5所示(測試條件:測試罩烘烤溫度150℃.泵頸烘烤溫度80℃.烘烤時間24小時).圖中未見質量數M＞28的譜峰.傳統分子泵的殘氣質譜(測試罩烘烤:250℃.48小時)中.仍有質量數為44的譜峰存在.由此可見.分子/增壓泵的油蒸汽污染不僅低于質譜計的檢測極限.還明顯低于傳統分子泵.
 
圖5:分子/增壓泵的殘氣質譜圖(中科院近代物理研究所提供)

4．應用領域
太陽能電池.光電子器件.固體照明.液晶背光源.太陽能集熱管.磁控濺射.離子鍍.CVD.ITO玻璃.低輻射玻璃.電力電容器.稀土材料熔煉.熱處理爐.高能加速器.等離子體技術.可控核聚變.儲存環.電子對撞機和宇宙仿真等領域.
5．技術指標:

6．外部結構圖和安裝尺寸

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分子/增壓泵的應用

1．重離子加速器(中科院近代物理研究所).
        如圖1所示.下方2臺MB200B(600L/s)的分子/增壓泵成功用于取代重離子加速器大流量差分系統的2套600L/s羅茨泵+LN2(液氮)檔油阱.首次攻克了大流量差分系統的油蒸汽污染難題.大幅度提高了差分系統的性能.該項成果已在國際加速器學術交流會上發表.得到與會專家的高度評價.
        目前.該泵已連續運行1年以上.達到了對可靠性有很高要求的重離子加速器的標準.
 

圖1 分子/增壓泵用于重離子加速器(中科院近代物理研究所提供)

        照片中后方兩臺立式真空泵為FF-160分子泵.這2臺分子泵也將被分子/增壓泵取代.該項成果現已獲得國家自然科學基金委立項資助(NO.10675152.資助金額:37萬元).
 
2．大型連續真空鍍膜生產線(××光學材料科技有限公司)

圖2 分子/增壓泵用于大型連續真空鍍膜機

        用2臺MB200A分子/增壓泵(600L/s.圖中右下方)取代大型連續真空鍍膜機進片系統的1臺1,200L/s羅茨泵和1臺1,500L/s的渦輪分子泵.經濟效益:
1．節電8萬度/年.
2．容積1.5 m3過渡室:壓強50Pa-0.3Pa的抽氣時間僅25秒.縮短抽氣時間50%以上.
3．攻克大型連續鍍膜設備進片系統的油蒸汽污染難題.消除油蒸汽對基片表面的污染.鍍膜產品的質量顯著提高.
3．大型磁控濺射鍍膜機(深圳××××真空鍍膜有限公司)

圖3 分子/增壓泵用于大型磁控濺射鍍膜機

        用3臺1,200 L/s的分子/增壓泵+1臺2XZ-15.成功取代大型磁控濺射鍍膜設備(Φ1000×1200)的3臺1,200L/s復合分子泵.3臺2XZ-15旋片泵.以及1臺ZJ-150羅茨泵.經濟效益:
(1)年節電3萬度
(2)消除了50-1 Pa壓強范圍的的油蒸氣污染.顯著提高薄膜產品質量.
(3)消除了放電鍍膜(0.5 Pa)和輝光清洗(2 Pa)時的不穩定現象.
(4)抽氣機組費用節約1萬元.
(5)運行可靠.故障率低.
 
4．EAST人造小太陽裝置(中科院等離子體物理研究所).
    分子/增壓泵用于EAST人造小太陽裝置.性能全面超過復合分子泵.
5．稀土永磁材料真空熔煉(深圳大學專利申請號:200310112360.2)
分子/增壓泵用于稀土永磁材料真空熔煉.取代擴散泵和羅茨泵.取得了如下優異成績:
1．抽氣時間:     縮短50%
2．生產效率:     提高25%
3．節能:         抽氣能耗節省95%.年節電6萬多度.
4．產品質量:     表面氧化顯著下降.
6．液晶背光源.節能燈圓排車.取代ZJ-150+2X-15機組.年節電7萬度.

        用3套MB200B分子/增壓泵可取代1臺圓排車的所有ZJ-150羅茨泵機組和大部分旋片泵.經濟效益:
1． 顯著降低油蒸汽污染.提高產品的質量.
2． 降低設備費用2萬元/臺.
3． 減少設備的占用空間.
4． 年節電18萬度/臺.

min

2

4

4

6

冷卻水量

L/min

6

3

12

6

最大運行功耗

kW

0.25

0.1

0.5

0.2

重量

kg

28

26

46

44

推薦前級泵

L/s

8

4

15

8