Eine Kryopumpe ist eine Vakuumpumpe, die eine Niedertemperaturoberfläche verwendet, um Gas zu kondensieren, auch bekannt als Kondensatpumpe. Die Kryopumpe kann ein sauberes Vakuum mit der höchsten Pumprate und dem niedrigsten Enddruck erhalten und wird häufig in der Forschung und Produktion von Halbleitern und integrierten Schaltkreisen sowie in der Molekularstrahlforschung, Vakuumbeschichtungsanlagen, Vakuumoberflächenanalyseinstrumenten, Ionenimplantationen und Weltraumsimulationsgeräten usw. verwendet.
Pumpprinzip
Im Inneren der Kryopumpe befindet sich eine Kühlplatte, die durch flüssiges Helium oder einen Kühlschrank auf eine sehr niedrige Temperatur gekühlt wird. Es kondensiert das Gas und hält den Dampfdruck des Kondensats unter dem Enddruck der Pumpe, um den Pumpeffekt zu erzielen. Die Hauptfunktionen des Niedertemperaturpumpens sind Niedertemperaturkondensation, Niedertemperaturadsorption und Niedertemperaturerfassung.
(1) Niedertemperaturkondensation: Gasmoleküle kondensieren auf der Oberfläche der Kalten Platte oder auf der kondensierten Gasschicht, und der Gleichgewichtsdruck ist im Wesentlichen gleich dem Dampfdruck des Kondensats. Beim Pumpen von Luft muss die Temperatur der Kühlplatte niedriger als 25K sein; Beim Pumpen von Wasserstoff ist die Temperatur der kalten Platte niedriger. Die Dicke der Niedertemperatur-Kondensations- und Extraktionskondensationsschicht kann etwa 10 mm erreichen.
(2) Niedertemperaturadsorption: Die Gasmoleküle werden auf der Oberfläche des auf der kalten Platte beschichteten Adsorptionsmittels mit einer Dicke einer monomolekularen Schicht (in der Größenordnung von Zentimetern) adsorbiert. Der Gleichgewichtsdruck für die Adsorption ist viel niedriger als der Dampfdruck bei gleicher Temperatur.
Wenn der Dampfdruck von Wasserstoff gleich dem atmosphärischen Druck bei 20K ist, ist der Gleichgewichtsdruck der Adsorption niedriger als Pa, wenn Wasserstoff mit 20K Aktivkohle absorbiert wird. Dies ermöglicht es, das Pumpen durch kryogene Adsorption bei höheren Temperaturen durchzuführen.
(3) Kryogener Fang: Gasmoleküle, die bei der Extraktionstemperatur nicht kondensiert werden können, werden von der wachsenden Schicht aus kondensierbarem Gas vergraben und adsorbiert.
Im Allgemeinen ist der Enddruck der Pumpe der Dampfdruck des kondensierten Gases bei der Temperatur der Kalten Platte. Wenn die Temperatur 120K beträgt, ist der Dampfdruck von Wasser bereits niedriger als Pa. Bei einer Temperatur von 20K, mit Ausnahme von Helium, Neon und Wasserstoff, sind die Dampfdrücke anderer Gase ebenfalls niedriger als Pa.
Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen des gepumpten Behälters und der kryogenen Kühlplatte ist der Enddruck der Pumpe jedoch höher als der Dampfdruck des Kondensats.
Für ein Gefäß bei Raumtemperatur mit einem Kryopanel von 20K beträgt der Enddruck der Pumpe etwa das 4-fache des Dampfdrucks des Kondensats.