En kryopumpe er en vakuumpumpe, der bruger en lavtemperaturoverflade til at kondensere gas, også kendt som en kondensatpumpe. Kryopumpen kan opnå et rent vakuum med den højeste pumpehastighed og det laveste endelige tryk og er meget udbredt i forskning og produktion af halvledere og integrerede kredsløb, såvel som molekylær stråleforskning, vakuumbelægningsudstyr, vakuumoverfladeanalyseinstrumenter, ion implantatorer og rumsimuleringsanordninger osv. aspekt.
pumpeprincip
Inde i kryopumpen er en kold plade afkølet til en meget lav temperatur af flydende helium eller et køleskab. Det kondenserer gassen og holder kondensatets damptryk under pumpens sluttryk for at opnå pumpeeffekten. Hovedfunktionerne ved lavtemperaturpumpning er lavtemperaturkondensering, lavtemperaturadsorption og lavtemperaturindfangning.
① Low temperature condensation: gas molecules condense on the surface of the cold plate or on the condensed gas layer, and the equilibrium pressure is basically equal to the vapor pressure of the condensate. When pumping air, the temperature of the cold plate must be lower than 25K; when pumping hydrogen, the temperature of the cold plate is lower. The thickness of the low-temperature condensation and extraction condensation layer can reach about 10 mm.
②Low temperature adsorption: The gas molecules are adsorbed on the surface of the adsorbent coated on the cold plate with a thickness of a monomolecular layer (in the order of centimeters). The equilibrium pressure for adsorption is much lower than the vapor pressure at the same temperature.
Hvis damptrykket af brint er lig med atmosfærisk tryk ved 20K, er ligevægtstrykket for adsorption lavere end Pa, når brint absorberes med 20K aktivt kul. Dette gør det muligt at udføre pumpning ved kryogen adsorption ved højere temperaturer.
③Cryogenic trapping: Gas molecules that cannot be condensed at the extraction temperature are buried and adsorbed by the growing layer of condensable gas.
Generelt set er pumpens endelige tryk damptrykket af den kondenserede gas ved temperaturen på den kolde plade. Når temperaturen er 120K, er vandets damptryk allerede lavere end Pa. Ved en temperatur på 20K, bortset fra helium, neon og brint, er damptrykket for andre gasser også lavere end Pa.
Men på grund af de forskellige temperaturer på den pumpede beholder og den kryogene kolde plade er pumpens endelige tryk højere end kondensatets damptryk.
For en beholder ved stuetemperatur, med et kryopanel på 20K, er pumpens sluttryk ca. 4 gange kondensatets damptryk.