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真空等離子清洗機其工作原理是在真空環境下通過對氣體施加較高能量使其轉化為等離子狀態，組成等離子狀態的活性組分有離子、電子和活性基團等，這些活性組分對試件表面進行“轟擊”，起到表面清潔、改性等作用。

真空的獲得

為了獲得真空環境,我們需要能夠讓系統達到真空環境的組件——真空泵,根據真空的等級,對應使用的真空泵也不同,對于低真空環境來說,一般需要機械泵來維持。而高真空以及超高真空一般需要分子泵和離子泵的泵組來維持。

真空泵組

從原理上講,真空泵一般分為兩類:氣體傳輸泵以及氣體捕集泵。其中,氣體傳輸泵的工作原理是:將腔體內的氣體不斷吸入泵中然后進行排除以降低腔體內的壓強。氣體捕集泵的工作原理是:將腔體內的氣體吸附在泵內的表面上,不排出泵外。

機械泵按照原理上分類,屬于氣體傳輸泵,機械泵是粗抽泵,處于最前級,從大氣壓開始降低系統的壓力。采用的原理是利用氣體的膨脹、壓縮和排出,通過周期性地改變氣腔的容積,使容器中的氣體排出,最終極限甚至能夠達到10^-3torr的真空度。

機械泵主要分油泵(RotaryPump)或機械式干泵(ScrollPump)。這兩大類。油泵的實物及原理如圖1-a所示，油泵是通過泵外的電機帶動泵內的轉子進行旋轉,與轉子相連的旋片不斷開合,這種往復運動所造成的壓強差就能讓腔體內的氣體不斷排除泵外。由于這種工作結構從設計上而言不夠緊密,轉子與空腔接觸部分會發生漏氣,為避免這種情況,一般會在漏氣部分采用機械泵油,這能起到一定的密封作用,除此之外,有些油泵還會采用雙級泵結構,使得前級泵在吸氣時后級泵進行排氣工作,降低壓強差,保證泵的密封性。但是,由于采用了油進行密封,因此泵體內存在很多油滴和油分子,因此會通過進氣口擴散到真空環境中去造成污染,這也是油泵的一個弊端。

圖1真空泵及其工作原理簡介。(a)油泵實物圖及其油泵工作原理圖。(b)干泵實物圖及其工作原理圖。

干泵很好的解決了油泵“反油”的弊端,干泵不再采用油膜進行密封,而是通過動靜旋盤之間的緊密貼合來進行密封。通過巧妙的設計,氣體從旋盤的最外側進入旋盤間的縫隙,通過轉動逐漸被壓縮到最內側并排出,如圖1-b所示。

干泵油泵優劣勢對比

油泵優勢

抽氣速度快：油泵通常具有較高的抽氣速度，能夠在短時間內將真空系統中的氣體抽出，快速達到所需的真空度。

極限真空度高：原則上來說油泵的密封性高，與干泵相比能達到更好的真空度。

油泵劣勢

有油污染風險：油泵使用油作為工作介質，在運行過程中可能會產生油蒸汽，這些油蒸汽可能會污染真空系統中的樣品或產品，對于一些對污染敏感的工藝，如半導體芯片制造、光學元件制造等，需要采取額外的措施來防止油污染。

需要定期維護：為了保證油泵的性能和壽命，需要定期更換泵油、清洗油過濾器和油霧分離器等部件，維護工作相對頻繁，成本也較高。

不適合某些特殊氣體：對于一些具有腐蝕性或與油發生化學反應的氣體，油泵可能無法直接處理，需要在進氣口前增加特殊的氣體處理裝置，這增加了系統的復雜性和成本。

干泵優勢

清潔無污染：干泵在運行過程中無需使用油作為工作介質，因此不會產生油蒸汽污染，能夠提供清潔的真空環境，特別適用于對環境要求高的場合，如半導體制造、光學行業等。

無油霧排放：由于不涉及油的使用，干泵不會排放油霧，這對于保持工作場所的清潔和操作人員的健康非常有利，也符合環保要求。

適合多種工藝：能適應多種不同的工藝要求，包括一些對真空度和氣體處理能力有特殊要求的場合，如在一些需要處理腐蝕性氣體或含有顆粒的氣體的工藝中，干泵可以通過特殊設計來滿足需求。

維護成本低：不需要定期更換泵油，也無需處理因油污染導致的相關問題，如油過濾器更換、油霧分離器維護等，因此維護工作相對簡單，成本較低。

干泵劣勢

抽氣速度相對較低：與同規格的油泵相比，干泵的抽氣速度通常較慢，這意味著在需要快速達到高真空度的應用中，干泵可能需要更長的時間來完成任務。

極限真空度有限：雖然干泵能夠達到較高的真空度，但一般情況下，其極限真空度不如油泵高。在一些對真空度要求極高的實驗或工藝中，可能無法滿足要求。

價格較高：干泵的設計和制造技術相對復雜，因此其初始購買價格通常比油泵要高，這在一定程度上增加了設備的投資成本。

綜上所述，真空等離子清洗機配干泵和油泵各有優缺點。在選擇時，需要根據具體的應用需求、工作環境以及預算等因素綜合考慮，以確定哪種泵更適合實際應用。