1 真空的获得设备 — 真空泵

用来获得真空、改善和维持真空的装置简称为真空泵[3]。在一个真空系统中，真空获得的设备和测量仪器是必不可少的。目前常用的真空获得设备主要有旋片式机械真空泵、油扩散泵、涡轮分子泵、低温泵，钛升华泵等。根据所需真空度的不同，选取不同的真空泵。若要获得低真空度，可以用旋片式机械泵或罗茨真空泵抽取，而油扩散泵和涡轮分子泵主要用于获得高真空，当真空度继续提高，要获得超高真空时，则可选择低温泵或钛升华泵。

1.1    低真空 — 旋片式机械泵

机械泵是运用机械方法不断改变泵内吸气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀，从而获得真空的装置。它可以直接在大气压下开始工作，极限真空度一般为1.33~1.33 × 10-2Pa，抽气速率

与转速及空腔体积相关。

旋片式机械泵结构如图1所示，它由转子、定子、旋片（或称刮板）、活门和油槽等构成。泵的定子装在油槽中，定子的空腔时圆柱形。转子是圆柱形轮子，它偏心地装成与定子空腔内切的位置。转子可绕自己的旋转对称轴转动，转子是由马达带动的。转子中镶有两块刮板，刮板之间用弹簧相连，使刮板紧贴在定子空腔内壁上。当转子转动时，被抽容器中的气体经过进气口到定子与转子之间的空间，由活门及进气口排出。定子浸在油中，油是起密封、润滑与冷却作用的，进油槽是为了让油进入空腔。进空腔的油除了上述作用外，还起着协助打开活门的作用，因为在压强很低时被压缩的气体不足以打开活门，而不可压缩的油，将强迫活门打开，活门的作用是让气体从泵中排出，而不让大气进入泵中。

那么，该机械泵是如何工作的呢？图2表示其工作原理图，由图可以看到，从a位置到b位置，旋片S2与进气门G之间空腔的区域I的体积逐渐增大，使被抽容器中的气体由进气门进入此区域 ，同时旋片S1与排气门D之间空腔的体积逐步减小，其中的气体不断地从排气门被挤出。处于c时，旋片S1将区域I与进气门隔开，此时区域I的吸气空腔的体积{zd0} ，d表示旋片S1开始将区域I内的气体压缩并从排气门排出。两个刮板不停地重复以上过程，实现了对容器连续抽气的目的，最终获得所需真空。

机械泵的特点是成本低廉，经济耐用，工作范围可从大气压一直抽到低真空，其极限真空度为：10-3 torr，当然，它也有自身缺点，容易返油，震动，造成腔体污染。

1.2    高真空 — 油扩散泵

扩散泵是靠油的蒸发－喷射－凝结重复循环来实现抽气的，由于射流具有高流速（约200m/s），高的蒸汽密度，且扩散泵油分子量大（300～500），故能有效的带走气体分子。

它不能直接在大气压下工作，而需要一定的预备真空度（1.33~0.133Pa）。油扩散泵的极限真空度主要取决于油蒸汽压和气体分子的反扩散，一般能达到1.33×10-5 ~ 1.33×10-7 Pa。抽气速率与结构有关，每秒几升到几百升不等。

图3表示油扩散泵的结构及原理图，如图所示，当扩散泵油被电炉加热时，产生油蒸气油蒸气沿蒸气导流管上升到管顶 ，再经伞形喷嘴向下喷出。因喷嘴外面有机械泵提供的真空（1~ 10-1Pa），故油蒸气流可喷出一长段距离，构成一个向出气口方向运动的射流。射流{zh1}碰上由冷却水冷却的泵壁凝结为液体流回蒸发器，即靠油的蒸发 喷射 凝结重复循环来实现抽气。由进气口进入泵内的气体分子一旦落入蒸气流中便获得向下运动的动量向下飞去。由于射流具有高流速（约200m/s），高的蒸气密度，且扩散泵油分子量大（300～500），故能有效地带走气体分子。气体分子被带往出口处再由机械泵抽走。

油扩散泵的特点是成本低廉，经济耐用，无振动，抽速快，效率高。而且可以从低真空抽至中、高真空，极限真空度为10-6 torr ， 当有液氮冷却时，可达10-9 torr 。其缺点是返油，需要预热。一般操作时，预热30min,停泵也得等30min后停，注意水冷，定时换油等。

1.3    超高真空 — 钛升华泵

钛升华泵是靠新鲜钛膜的化学吸附作用抽气的真空泵。其原理如下图所示。

    钛升华泵的工作过程是由控制器通电给升华器（热丝），使钛加热到足够高的温度（1100℃）直接升华。升华出来的钛沉积在用水或液氮冷却的表面上，形成新鲜的钛膜层。钛在升华和沉积过程中，与活性气体结合成稳定的化合物（固相的TiO或TiN），结果将空间的气体分子抽除了。

对于需要xx氢气与氮气等活性气体的超高真空系统来说，使用钛升华泵是一种很典型的有效真空获得手段。由于离子泵对于超高真空环境中诸如氩气和甲烷等非活性气体非常有效，因此钛升华泵通常与其集成在一起配合使用。 钛升华泵可以作为一个模块增加到离子泵内部，同样也可以单独使用。如果使钛升华泵与通有液氮冷却的冷板相集成，可以对水蒸气获得极高的抽速。

目前，由于真空泵极限压强的存在，没有一种真空泵能单独从大气抽气至高真空，必须前段使用粗抽泵从大气抽至约2-5Pa，再利用高真空泵抽气至高真空。