专利名称：一种电弧钛泵及包括该电弧钛泵的真空抽气机组的制作方法
技术领域：
本发明属于真空获得技术领域，尤其涉及一种电弧钛泵及包括该电弧钛泵的真空 抽气机组。
背景技术：
目前，电弧钛泵通过蒸散阴极弧源构件上的阴极靶材至捕集板上形成活性原子薄 层，活性原子薄层与气体分子产生化学反应而实现抽气作用。现有技术中电弧钛泵采用平 面的阴极弧源结构，捕集板与阴极弧源之间距离不均勻，这样，捕集板离阴极弧源构件较近 部位的钛膜较厚，离阴极弧源构件较远部位的钛膜较薄，导致在较低压强((5X I(T3Pa)运行时，膜层较厚处，钛原子未经充分反应，就被后 续蒸散的钛原子覆盖，造成钛材浪费，增加运行成本。在较高压强下运行，钛膜较薄部位， 不能满足抽气要求，抽速显著降低，实测结果表明5X10_2Pa的抽速仅为5X10_3Pa抽速的 20%，降低了电弧钛泵的抽速和抽气流量。另外地，现有技术中的电弧钛泵的气体捕集板散热差、温升高，导致活性原子薄层 吸附气体分子的几率下降，进一步降低了该泵的抽速和抽气流量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种电弧钛泵及一种包括该 电弧钛泵的抽气机组，提高其工作效率、降低运行成本。本发明的技术方案是一种电弧钛泵，包括泵壳、捕集板、阴极弧源构件以及电源， 所述捕集板设于所述泵壳的内侧壁，所述阴极弧源构件固设于所述泵壳内，所述阴极弧源 构件包括位于外侧的阴极靶材以及位于所述阴极靶材内部的磁性构件，所述电源的正极连 接于所述泵壳，所述电源的负极连接于所述阴极靶材，所述泵壳呈圆柱状，所述阴极弧源构 件呈圆柱状，所述阴极弧源构件与所述泵壳同轴设置。进一步地，所述阴极弧源构件的上方设有挡板，所述挡板可拆卸固定连接于所述
泵壳上。进一步地，所述泵壳与所述捕集板之间设有可降低所述泵壳与捕集板之间的热阻 的导热夹层，所述捕集板可拆卸固设于所述泵壳内侧壁。具体地，所述阴极靶材内设有第一冷却水道。优选地，所述阴极靶材采用化学性质活泼的金属元素制造。优选地，所述阴极靶材采用钛铝合金制造，所述钛铝合金的钛铝之间质量比为 100 0 至 70 30 之间。具体地，所述泵壳的外侧设有第二冷却水道。本发明还提供了一种真空抽气机组，包括真空室，所述真空室上还连接有上述的 电弧钛泵。具体地，所述真空室上还连接有分子泵、前级泵、粗抽泵以及真空规，所述粗抽泵通过第一真空阀与所述真空室相连接，所述分子泵通过第二真空阀与所述真空室相连接， 所述泵电弧钛泵通过第三真空阀与所述真空室相连接，所述前级泵通过第四真空阀所述分 子泵的排气口连接。优选地，所述分子泵为牵弓I分子泵或复合分子泵。优选地，所述粗抽泵为旋片泵或滑阀泵，所述前级泵为旋片泵。本发明利用弧光放电的能量将柱面阴极靶材原子蒸散至捕集板上，形成新鲜的活 性原子薄层，从而，实现抽气作用。本发明所述的柱状阴极弧源构件置于与泵壳同轴的部 位，因此，从阴极靶蒸散出来的原子在捕集板上形成厚度均勻的活性薄层，从而，克服了现 有电弧钛泵活性薄层厚度不勻的缺点。此外，捕集板加设了导热夹层，有效地降低了工作温 度，提高了活性原子薄层吸附气体的几率，从而，将柱面阴极弧源发展成为一种清洁、节能、 低运行成本、大抽速的高真空泵。本发明与现有技术的高真空泵相比，优点如下1.能耗低，抽气能耗节省30 90% (真空度越高，能耗越低)；2.无油蒸汽污染，从而可得到洁净的真空环境，提高真空产品的质量；3.运行成本低。抽气成本可降低20 80% (真空度越高，成本越低)。因此，本发明具有很大的应用前景。
图1是本发明实施例提供的一种电弧钛泵的剖面示意图；图2是本发明实施例提供的一种真空抽气机组的示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。如图1所示，本发明实施例提供一种电弧钛泵，包括泵壳110、捕集板120、阴极弧 源构件210以及电源230，所述捕集板120设于所述泵壳110的内侧壁，所述阴极弧源构件 210固设于所述泵壳110内；所述阴极弧源构件210包括位于外侧的阴极靶材以及位于所 述阴极靶材内部的磁性构件，磁性构件可以为电磁铁或永久磁铁。所述电源230的正极连 接于所述泵壳110，所述电源230的负极连接于所述阴极靶材，所述泵壳110呈圆柱状，所述 阴极弧源构件210呈圆柱状，所述阴极弧源构件210与所述泵壳110同轴设置。本发明实 施例利用弧光放电的能量将柱面阴极弧源构件210的阴极靶材蒸散至捕集板120上，以形 成新鲜的活性原子薄层，新鲜的活性原子薄层与气体分子产生化学反应，从而实现抽气。本 发明实施例通过将阴极弧源构件210设置为圆柱状且同轴设置于泵壳110内，使阴极弧源 构件210与捕集板120之间的距离均等，从阴极靶材蒸散出来的原子在捕集板120上可形 成厚度均勻的活性薄层。进一步地，如图1所示，所述阴极弧源构件210的上方设有挡板220，所述挡板220 可拆卸固定连接于所述泵壳110上。挡板220可阻挡从阴极靶材蒸散出来的原子沉积到捕 集板120之外的其余部位，例如连接于电弧钛泵上的真空阀或真空室等敏感部位。
进一步地，如图1所示，所述泵壳110与所述捕集板120之间设有可降低所述泵壳 110与捕集板120之间的热阻的导热夹层130，具体地，所述导热夹层130采用与真空兼容、 导热效果好的材料，优选地，所述导热夹层130采用石墨或铜材制作，使捕集板120的热量 可快速传导至泵壳110并散发至外部环境中，有效地降低了捕集板120的温度，提高了活性 原子薄层吸附气体的几率，提高了抽速的抽气流量，从而将柱电弧钛泵发展成为一种清洁、 节能、低运行成本、大抽速的高真空泵。所述捕集板120可拆卸固设于所述泵壳110内，便 于定期清除捕集物，维护方便。具体地，如图1所示，所述阴极靶材内设有第一冷却水道140，用于降低阴极弧源 构件210的温度。优选地，所述阴极靶材采用化学性质活泼的金属元素，或合金制造，以利用低压弧 光放电快速蒸发成新鲜吸气膜层，实现对活性气体高速抽气，能获得无油蒸汽污染的、十分 清洁的真空，有利于提高真空产品的质量。优选地，所述阴极靶材采用钛铝合金制造，所述钛铝合金的钛铝之间质量比为 100 0至70 30之间，以提高电弧钛泵的工作效率。具体地，所述泵壳110的外侧设有第二冷却水道，以降低泵壳110的温度，从而进 一步降低了捕集板120的温度。如图1和图2所示，本发明还提供了一种真空抽气机组，包括真空室310，所述真空 室310上连接有分子泵330、前级泵340、粗抽泵320以及真空规510，所述真空室310上还 连接有上述的电弧钛泵。这样，可取代目前大量应用的高能耗、高油蒸汽污染的大型扩散泵 加罗茨泵的抽气机组，消除油蒸汽污染，大幅度节省抽气能耗，抽气能耗节省30 90%，降 低运行费用。具体地，如图2所示，所述粗抽泵320通过第一真空阀410与所述真空室310相连 接，所述分子泵330通过第二真空阀420与所述真空室310相连接，所述电弧钛泵通过第三 真空阀430与所述真空室310相连接，所述前级泵340通过第四真空阀440连接所述分子 泵330的排气口相连接。优选地，所述分子泵330为牵引分子泵或复合分子泵。本实施例中，分子泵330选 用牵引分子泵。优选地，所述粗抽泵320为旋片泵或滑阀泵，所述前级泵340为旋片泵，以提高抽
气效率。本发明实施例将所述的阴极弧源构件210设计为圆柱状且与圆柱状的泵壳110 同轴设置，因此，从阴极靶材蒸散出来的原子在捕集板120上形成厚度均勻的活性薄层，从 而，克服了现有电弧钛泵中活性原子薄层厚度不勻的缺点。此外，捕集板120加设了导热夹 层130，有效地降低了捕集板120的温度，提高了活性原子薄层吸附气体的几率，从而，将柱 面阴极弧源发展成为一种清洁、节能、低运行成本、大抽速的高真空泵。本发明与现有技术的产品相比，优点如下1.能耗低，抽气能耗节省30 90% ；2.无油蒸汽污染，从而可得到洁净的真空环境，提高真空产品的质量；3.运行成本低。抽气成本可降低20 80%。本实施例提供的真空抽气机组推荐如下抽气工艺
1.粗抽阶段(大气压 50Pa)由粗抽泵320进行抽气。将传统粗抽压强由1 3Pa升至50Pa，抽气时间大幅度 缩短，粗抽泵320仅运行几分钟，之后不再运行，从而节省大量能耗。此外，真空室310的粗 抽压强升高，大幅度降低了粗抽泵320的油蒸汽扩散速度，从而，大幅度降低粗抽阶段的油 蒸汽污染，达到能与价格昂贵的干式泵相媲美的水平；2.精抽阶段 I (50 0. IPa)由分子泵330及其前级泵340抽气。在此压强范围，分子泵330的抽速已达到、甚 至超过了罗茨泵的水平(真空度越高，抽速越大)，抽气时间也只需几分钟。此外，分子泵 330的能耗很低，仅为罗茨泵的5 20%，还能获得十分清洁的真空；3.精抽阶段 II (0. 1 10_4Pa)由所述电弧钛泵和分子泵330共同抽气，其中活性气体(约占99% )由电弧钛泵 和分子泵330共同抽出，惰性气体(约占1%)由分子泵330抽出。本实施例所述的粗抽泵320运行时间很短，故可以供多个真空抽气机组共用，节 省大量设备费用和占地空间；另外地，所述分子泵330可以改用涡轮分子泵或复合分子泵，但抽气工艺要作相 应调整，性能也会有所下降。本实施例所提供的真空抽气机组可用于取代目前大量应用的高能耗、高油蒸汽污 染的大型扩散泵和罗茨泵机组，消除油蒸汽污染，大幅度节省抽气能耗、降低运行费用。本发明实施例所提供的真空抽气机组用于磁控溅射、离子镀等以惰性气体为工作 质的真空应用场合时，还具有如下特殊优点本实施例对活性气体(约占气体负载10% ) 抽速很高，但对工作气体(通常为Ar，约占气体负载90%)的抽速为零，因此，实际气体负 载很小，从而，真空抽气机组的能耗、运行费用很低，真空质量更高，经济效益更好。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种电弧钛泵，包括泵壳、捕集板、阴极弧源构件以及电源，所述捕集板设于所述泵壳的内侧壁，所述阴极弧源构件固设于所述泵壳内，所述阴极弧源构件包括位于外侧的阴极靶材以及位于所述阴极靶材内部的磁性构件，所述电源的正极连接于所述泵壳，所述电源的负极连接于所述阴极靶材，其特征在于所述泵壳呈圆柱状，所述阴极弧源构件呈圆柱状，所述阴极弧源构件与所述泵壳同轴设置。
2.如权利要求1所述的一种电弧钛泵，其特征在于所述阴极弧源构件的上方设有挡 板，所述挡板可拆卸固定连接于所述泵壳上。
3.如权利要求1所述的一种电弧钛泵，其特征在于所述泵壳与所述捕集板之间设有 可降低所述泵壳与捕集板之间的热阻的导热夹层，所述捕集板可拆卸固设于所述泵壳内。
4.如权利要求1所述的一种电弧钛泵，其特征在于所述阴极靶材内设有第一冷却水道。
5.如权利要求1所述的一种电弧钛泵，其特征在于所述阴极靶材采用化学性质活泼 的金属元素，或合金制造。
6.如权利要求5所述的一种电弧钛泵，其特征在于所述阴极靶材采用钛铝合金制造， 所述钛铝合金的钛铝之间质量比为100 0至70 30之间。
7.如权利要求1所述的一种电弧钛泵，其特征在于所述泵壳的外侧设有第二冷却水道。
8.一种真空抽气机组，包括真空室，其特征在于所述真空室上连接有分子泵和权利 要求1至7中任一项所述的一种电弧钛泵。
9.如权利要求8所述的一种真空抽气机组，其特征在于所述真空室上还连接有分子 泵、前级泵、粗抽泵以及真空规，所述粗抽泵通过第一真空阀与所述真空室相连接，所述分 子泵通过第二真空阀与所述真空室相连接，所述泵壳通过第三真空阀与所述真空室相连 接，所述前级泵通过第四真空阀连接所述分子泵的排气口。
10.一种权利要求9所述的真空抽气机组，其特征在于所述分子泵为牵引分子泵或复 合分子泵。
全文摘要
本发明适用于真空获得技术领域，公开了一种电弧钛泵及包括该电弧钛泵的真空抽气机组。电弧钛泵包括泵壳、捕集板、阴极弧源构件及电源，捕集板设于泵壳的内侧壁，阴极弧源构件固设于泵壳内，泵壳和阴极弧源构件均呈圆柱状，阴极弧源构件与泵壳同轴设置。所述真空抽气机组包括真空室，真空室上连接有分子泵、前级泵、粗抽泵和上述的电弧钛泵。本发明提供的电弧钛泵可使阴极弧源构件所蒸散出的原子形成厚度均匀的活性薄膜，提高阴极弧源构件的利用率，从而提高抽速及抽气流量、降低能耗和运行成本。本发明提供的真空抽气机组，可取代目前的高能耗、高油蒸汽污染的大型扩散泵+罗茨泵抽气机组，获得清洁真空，节省抽气能耗、降低运行费用。
文档编号F04B37/14GK101936278SQ20101027963
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月13日 优先权日2010年9月13日
发明者储继国 申请人:储继国