超高真空吸气剂泵及其构成的超高真空大抽速吸气剂泵的制作方法

本发明创造属于真空技术领域，具体是一种内置加热器超大抽速吸气剂泵。

背景技术：
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现有技术中，对密闭空间进行抽真空处理是采用机械泵、分子泵、离子溅射泵、钛生化泵等来完成。经过实践验证，前述方式都是动态抽真空和维持真空，在对高真空度要求的产品(例如，大功率微波管、行波管、波导管、粒子加速器、中子发生器、核科学及应用，真空排气台、超高真空系统、惰性气体纯化、氢及氢同位素的储存及释放，真空反应炉等的真空系统中)中仅采用动态抽真空和维持真空是无法满足要求的，需要一种大抽速的吸气剂泵提高真空系统的极限真空并静态维持真空。

技术实现要素：
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本发明创造提出一种内置加热器的超大抽速吸气剂泵。

一种超高真空吸气剂泵，包括吸气剂片、电加热器和结构连接件；所述电加热器设有封闭的壳体；所述吸气剂片直接连接在电加热器的壳体外壁上，或者，吸气剂片通过导热结构连接在电加热器的壳体外壁上；吸气剂片有多个，各个吸气剂片相互平行，且两两之间留有间隙；

所述连接结构包括真空法兰；真空法兰的中间位置开有通孔，所述电加热器的尾端自真空法兰的一侧面穿过该通孔，并且，电加热器的壳体外壁与该通孔内壁焊接密封；在真空法兰的另一侧面设有电连接器，电连接器的接线端子与电加热器的引线连接。

所述真空法兰是标准CF真空刀口紫铜密封法兰，或者是标准KF快接头法兰，或者是标准ISO氟橡胶圈密封法兰。

所述真空法兰是KF快接头法兰或ISO氟橡胶密封圈密封法兰，真空法兰内部设有用于冷却密封圈(例如氟橡胶密封圈)的冷却水循环槽。

所述电加热器是不锈钢单头电加热杆；所述电加热杆内置有热偶测温线；电加热杆的加温上限为650摄氏度；电加热杆焊接在真空法兰上。

载有吸气剂片的电加热器外罩有滤筒，防止脱落的吸气剂片粉末颗粒掉入真空系统中。

吸气剂片与电加热器的连接结构为：

电加热器的壳体为圆柱形状；在壳体的首端连接有螺杆，螺杆的外径不大于壳体的外径；在螺杆上可拆卸旋有螺母；

各个吸气剂片通过自身开设的孔套装在壳体上，相邻吸气剂片之间隔有垫片；

所述垫片是陶瓷材质垫片、金属材质垫片(如不锈钢垫片、钼垫片或钛垫片等)或金属合金材质垫片。

所述吸气剂片为环状的多孔烧结型吸气剂片；吸气剂片的厚度为1.5mm～2.5mm。

吸气剂片尺寸包括：内孔径为6mm、外径为23mm、厚度为1.5mm；或者内孔径为10mm、外径为30mm、厚度为1.5mm。

所述电连接器是卡口连接方式或螺纹连接方式(例如航空插头)；电连接器的外壳是不锈钢材质；所述电连接器通过支座连接在法兰上。

上述真空泵可以多次激活使用。

一种超高真空大抽速吸气剂泵，包括上述的超高真空吸气剂泵，超高真空吸气剂泵的数量是至少2个；

各个超真空吸气剂泵并列连接，且它们的电加热器共用同一真空法兰和同一电连接器；

还包括金属外壳；金属外壳的一端开口，该开口端焊接有真空法兰；金属外壳上的真空法兰与超高真空吸气剂泵上的真空法兰紧密连接；

所述金属外壳的侧壁上开有连接口，该连接口的向外延长段上设有法兰接口。

金属外壳侧壁上的连接口处设有过滤网；金属外壳上的真空法兰与超高真空吸气剂泵上的真空法兰之间连接有紫铜密封圈。

与现有技术相比，本吸气剂泵操作简便、安全、抽速大。本吸气剂泵是静态泵，在工作时，具备自带加热系统烘烤激活，吸气速率大、吸附容量高、不产生油、无振动、无磁场干扰、耐冲击震动等特点。对多种活性气体诸如：H2及氢同位素、CO、O2、CO2、N2、CH4、H2O等活性气体都有较大的抽速。在工作时，主要用于真空技术领域：大功率微波管、行波管、波导管、粒子加速器、中子发生器、核科学及应用，真空排气台、超高真空系统、惰性气体纯化、氢及氢同位素的储存及释放，真空反应炉等各种技术领域，通过吸气剂泵的使用，可以提高真空系统的真空度，静态维持系统的真空度，创造良好的真空环境，保证各种真空光电器件的可靠性及使用寿命，吸气剂泵还可以在抽速下降时，通电再激活使用，且可以多次激活再使用。

附图说明：

图1是超高真空吸气剂泵(单根电加热器吸气剂泵)的内部结构示意图；

图2是超高真空大抽速吸气剂泵(多根电加热器吸气剂泵)结构示意图；

图中，1：电加热杆；2：吸气剂片；3：金属外壳；4：真空法兰；5：电连接器；6：垫片；7：螺母；8：支座；9：不锈钢螺栓螺母；10：紫铜密封圈；11：法兰接口；12：过滤网；13滤筒。

具体实施方式：

如图1，一种超高真空吸气剂泵，包括吸气剂片、电加热器和结构连接件；所述电加热器设有封闭的壳体；所述吸气剂片直接连接在电加热器的壳体外壁上，或者，吸气剂片通过导热结构连接在电加热器的壳体外壁上；吸气剂片有多个，各个吸气剂片相互平行，且两两之间留有间隙；

所述连接结构包括真空法兰；真空法兰的中间位置开有通孔，所述电加热器的尾端自真空法兰的一侧面穿过该通孔，并且，电加热器的壳体外壁与该通孔内壁焊接密封；在真空法兰的另一侧面设有电连接器，电连接器的接线端子与电加热器的引线连接。

所述真空法兰是标准CF真空刀口紫铜密封法兰，或者是标准KF快接头法兰，或者是标准ISO氟橡胶圈密封法兰。

所述真空法兰是KF快接头法兰或ISO氟橡胶密封圈密封法兰，真空法兰内 部设有用于冷却密封圈(例如氟橡胶密封圈)的冷却水循环槽。

所述电加热器是不锈钢单头电加热杆；所述电加热杆内置有热偶测温线；电加热杆的加温上限为650摄氏度；电加热杆焊接在真空法兰上。

载有吸气剂片的电加热器外罩有滤筒，防止脱落的吸气剂片粉末颗粒掉入真空系统中。

吸气剂片与电加热器的连接结构为：

电加热器的壳体为圆柱形状；在壳体的首端连接有螺杆，螺杆的外径不大于壳体的外径；在螺杆上可拆卸旋有螺母；

各个吸气剂片通过自身开设的孔套装在壳体上，相邻吸气剂片之间隔有垫片；所述垫片是陶瓷材质垫片、金属材质垫片(如不锈钢垫片、钼垫片或钛垫片等)或金属合金材质垫片。

所述吸气剂片为环状的多孔烧结型吸气剂片；吸气剂片的厚度为1.5mm～2.5mm。具体来说，吸气剂片尺寸包括：内孔径为6mm、外径为23mm、厚度为1.5mm；或者内孔径为10mm、外径为30mm、厚度为1.5mm。

所述电连接器是卡口连接方式或螺纹连接方式(例如航空插头)；电连接器的外壳是不锈钢材质；所述电连接器通过支座连接在法兰上。

如图2，一种超高真空大抽速吸气剂泵，包括上述的超高真空吸气剂泵，超高真空吸气剂泵的数量是至少2个；各个超真空吸气剂泵并列连接，且它们的电加热器共用同一真空法兰和同一电连接器；还包括金属外壳；金属外壳的一端开口，该开口端焊接有真空法兰；金属外壳上的真空法兰与超高真空吸气剂泵上的真空法兰紧密连接；所述金属外壳的侧壁上开有连接口，该连接口的向外延长段(图2中显示为一管体)上设有法兰接口。

金属外壳侧壁上的连接口处设有过滤网；金属外壳上的真空法兰与超高真空吸气剂泵上的真空法兰之间连接有紫铜密封圈。

这种吸气剂泵是将带有自动测温装置的电加热杆焊接在真空法兰上，然后将环状吸气剂片安装串联在电加热杆上，通过外部温度控制器连接电连接器控制加热杆温度，从而通过加热烘烤的方式激活吸气剂泵。这种吸气剂泵结构设计合理，安装使用方便，可以根据不同的抽速需求，安装多组电加热器吸气剂片组件。另外这种吸气剂泵采用内加热方式激活，加热均匀，可以适合不同激活温度的吸气剂片的激活使用。

具体到本例的实现中：

1：电加热杆：该加热杆为内置热偶测温线的不锈钢单头电加热杆，可即时测得加热杆上的温度，从而通过外部温控系统精确控制吸气剂的烘烤激活温度。加热杆的另一端需焊接有6-10mm长的螺杆，通过螺母可以将吸气剂片固定在加热杆上。该加热杆加温范围：常温～650摄氏度，可以激活不同种激活温度的吸气剂片。该加热杆无须在真空系统中另外封接电极连接热偶及测温系统，且加热杆为直接焊接在真空法兰上，减少了真空系统及法兰的电极接头，减少了真空系统漏率。还可根据抽速及安装空间要求增长或减短加热杆长度。

2：吸气剂片：吸气剂片为环状的多孔烧结型吸气剂片，采用的吸气剂片尺寸一般为两种：一种为内孔6mm外径23mm厚度1.5mm，一种为内孔10mm外径30mm厚度1.5mm具体的烧结片尺寸还可根据加热杆的直径及真空腔室的尺寸决定，要求串联在电加热器后吸气剂泵外缘不能接触到真空腔室或金属外壳。吸气剂片的厚度经多次实验测得，在1.5mm-2.5mm之间是吸气性能及机械强度的最佳结合点。不同种原料配比的吸气剂片激活及工作温度不同，以下配方的吸 气剂激活温度都在300℃-750℃之间

吸气剂片原料配方(已有公知/专利技术)：

A：84％～94％锆粉、6％～16％石墨粉

B：36％～60％锆粉、40％～64％锆钒铁合金粉

C：100％钛粉

D：86％～92％钛粉、8％～14％钼粉

吸气剂片制作工艺：通过由200目/英寸和400目/英寸的筛网过滤出200-400范围内的粉末，通过压制及真空烧结工艺烧结成吸气剂片。

3：金属外壳：金属外壳为不锈钢材质，壁厚一般为0.8～3mm，外壳尺寸可根据串联有吸气剂片的电加热杆外尺寸决定。金属外壳有两个真空法兰接口，两个接口位置中心线成90°直角，一个接口为安装焊接有电加热杆的真空法兰，另外一个接口为外安装接口，在金属外壳的侧壁，主要用于安装在需要吸气剂泵的真空腔室上。真空法兰一般采用标准CF真空刀口紫铜密封法兰，标准KF快接头法兰、也可以使用标准ISO氟橡胶圈密封法兰，但使用KF快接头法兰和ISO氟橡胶密封圈密封法兰时因氟橡胶圈耐温受限，法兰内部需要有冷却水循环槽，用于通冷却水冷却氟橡胶密封圈。需接真空系统的法兰接口，可焊接不锈钢滤网，阻隔防止脱落的吸气剂片粉末颗粒掉入真空系统中。

4：真空法兰：真空法兰一般采用标准CF真空刀口紫铜密封法兰，标准KF快接头法兰、也可以使用标准ISO氟橡胶圈密封法兰，材质一般采用304、316等牌号的不锈钢。真空法兰上可焊接单根或多根电加热器用于串联吸气剂片，焊接多根电加热器时，法兰规格尺寸也随之变大，真空法兰上开有盲螺孔，用于安装电连接器支架。

5：电连接器：主要用于温度控制器与吸气剂泵的连接，采用电连接器方式可以快速连接和断开温控器电源与吸气剂泵的连接，牢固度好，耐冲击振动且可靠性高，不会产生断线漏电等现象。可采用卡口或螺纹连接方式能够快速连接，电连接器采用不锈钢外壳，不锈钢外壳需不锈钢钝化保护，绝缘体采用热固性材料，封线体及密封圈采用硅橡胶材料，整体电连接器耐温范围-55℃～200℃，耐震动频率为10-2000HZ，加速度196m/s²，耐冲击加速度能达980m/s²，机械寿命大于1000次，电连接器的插针数量及规格，由所有电加热杆的整体功率和电极接头及测温线接头数量决定。

6：垫片：垫片主要用于吸气剂片之间的串联，吸气剂片不能够紧密串联贴合到一起，需要环状超薄的垫片圈阻隔在两个吸气剂片之间，从而能够让吸气剂片外露更大的吸气表面积，增加吸气剂的抽速及吸附容量。垫片可采用陶瓷、不锈钢、钼片、钛、钛合金等金属或金属合金材料的垫片或在真空中既耐高温且放气量小的材料，不能够对真空系统造成污染。

实施步骤：首先将真空法兰开孔，放置电加热杆，将电加热杆有电极接头的一端和真空法兰焊接在一起。然后安装电连接器，将电加热杆的电极接头及测温线接头焊接在电连接器测电极插头上。然后将吸气剂片及垫片串联在电加热器上，然后通过螺母旋拧在加热杆端头，固定好吸气剂片。最后将金属外壳安装组装起来。

拥有单根加热器吸气剂泵：对于安装尺寸管径≤25mm的真空腔室，可采用CF25、KF25、ISO25的真空标准法兰，分别采用外径5.8mm，长度在6mm-1000mm的电加热杆，采用的吸气剂片分别为内径6mm、外径23mm、厚度1.5-2.5mm 吸气剂片；对于安装尺寸大于25mm且小于等于40mm的真空腔室，可采用CF35、KF40、ISO40的真空标准法兰，采用外径9.8mm，长度10-1000mm电加热杆，采用吸气剂片的尺寸为：内径10mm、外径30mm、厚度1.5-2.5mm的吸气剂片。

拥有多根加热器吸气剂泵：当需要更大抽速的吸气剂泵的时候，即可采用多根电加热器安装吸气剂片组合成更大抽速的吸气剂泵，一般加热杆数量4-32根，加热杆外径9.8mm，加热杆长度10-1000mm，吸气剂采用内径10mm外径30mm吸气剂片。

通过定容法对锆-锆钒铁材料吸气剂片进行检测，在450℃×10min激活，在常温下测得吸气剂片从测试开始10分钟后的吸气速率为：0.89L/s，因此如采用单根加热器，串联有60片内径为10mm，外径为30mm，厚度为1.5mm的吸气剂片，拥有单根加热器的吸气剂泵的抽速为：950L/S,若采用四根电加热器，则吸气剂泵的抽速可达3800L/s.在实际制作时，增大法兰，增加电加热杆数量可提供更大抽速的吸气剂泵。