关于分子泵在荧光灯园排车上应用问题的讨论

1.前言

　　随着国产分子泵生产工艺的日臻成熟和生产单位的日益增多，近来，有些单位试图将分子泵用在“荧光灯园排车”的真空系统中，希望提高荧光灯的真空质量。对这种做法，我基本上持否定态度。

　　真空系统(如：园排车、长排车等)在时间为t时的平衡压强pt可用下列“动态真空方程”来描述：

　　式中：P_u---抽气机组(或主泵)的极限真空度(Pa)；
　　　　　P_V----真空系统中材料的蒸气压(Pa)；
　　　　　Q_T---系统内总气源(Pa·L/s)，Q_T=Q_O+Q_L+Q_P+……；

　　其中：Q_O为材料放气率；Q_L为系统漏气率；Q_P为管壁材料渗透率；

　　Se---主泵到被抽容器(如灯管)的有效抽速(L/s)。

　　上述“动态真空方程”表明：真空系统所能达到的真空度不仅与主泵的极限真空度有关，还与主泵对被抽容器(如灯管)的有效抽速、系统中的各种气源及材料的蒸气压等因素有关。所以说，提高真空系统的真空度是一项“系统工程”，不能只寄期望于简单的改用分子泵。

　　要说清这些问题，必须先简要地重温一些基本概念。

2.一些基本概念

2.1 气体分子的平均自由程(λ )：(从略)

2.2 气体沿管道的流动状态和流导变化情况：

　　由于不同真空度下的λ 不同，使各真空区域的气流状态亦不同。在从大气抽至高真空的过程中，真空系统管道内的气流一般要经过四种状态：湍流、粘滞流、过渡流、分子流。由于各种气流状态下流导的计算公式不同，所以，同一根排气管在不同真空度下所呈现的流导值也不相同。

　　粘滞流下园长管的流导与管道内平均压强有关，在高压强下同一尺寸管道所呈现的流导随压强的降低而减小，进入分子流后就呈现一固定的流导，其值仅与几何尺寸有关。 以21寸彩色显像管为例，其排气管内径d=0.39cm，长度L=5cm，可计算出各气流状态所对应的压强范围和流导值(表1)：

　　这说明灯管排气管在不同真空度下所呈现的流导是不同的。可能大家还不了解，这一特性己被人们不自觉地应用到生产荧光灯的园排车Ar 冲洗工艺中了。

2.3、真空泵有效抽速的计算：

　　园排车的真空系统，实际上是由多个单独的真空系统组合而成的。按照工艺分布的需要，分别由单独的机械泵(旋片泵或滑阀泵)和“机械泵＋罗茨泵”作为抽气泵，再通过不同材质、不同内径的多根管道及“功能部件”【含：中心盘、48 套“油捕集器”和48 只带(或不带)注汞装置的排气头】等组成。

　　①总流导(C总)与各串联的管道(和“功能部件”)流导(Ci)间的关系：

　　② 有效抽速(Se)的计算：

　　式中：Se----真空机组(或泵)的抽气速率(L/s)； C总 ----管道的总流导(L/s)。

　　计算表明，在串联的管道中，最小流导值(灯管排气管的流导)往往决定了总流导值。即，在泵的抽速SP＞＞C 总时，Se≈C 总 。 换言之，无论选用多大抽速的泵对于被排气图1的灯管而言，效果实际上是一样的。其有效抽速只能无限接近于排气管的流导(有效抽速受排气管流导值的限制)。在荧光灯生产中，排气管内的气流状态基本上处于“湍流－粘滞流－过渡流”之间，很少涉入“分子流”。当然，考虑到生产中需要尽快地抽除“洗Ar”时的较大气体负荷以及对付管道和中心盘等“功能部件”的放气和漏气，实际上人们选用的抽气泵的抽速还是远大于排气管的流导值的。

2.4、关于真空系统中的气源：

　　真空系统中的气源包括：(1)漏气；(2)材料放气；(3)材料蒸发；(4)渗透、升华的蒸气和分解出来的气体；(5)真空泵本身构成的气源(如返扩散和再释放)。这里，仅就主要的两项(漏气和放气)做一简介：

①漏气(Q_Ｌ)：

　　在真空系统中，漏气是绝对的，不漏气是相对的。真空界的这一观点是符合唯物主义辨证法的。我们所指的“漏”是与最大允许漏率的概念联系在一起的。“漏气率”QL 是常数，应尽可能地排除或将其限制在允许的范围内。 对于动态真空系统来说，只要真空系统的平衡压强能达到所要求的真空度，这时既使存在微小漏孔，也可认为系统是“不漏的”。一般QL(漏气率)控制在系统所容许的总气量QT 的1/10。

　　这里举几个实例，作一说明：

　　a.用于“通讯卫星”中电视信号接收后再放大的“行波管”，要求高可靠、长寿命(20 年)、低噪声。因为，它的管壳是金属-陶瓷结构的。为此,我们设计的排气台不仅使用了分子泵和离子泵,而且系统全部按超高真空要求设计【真空系统的漏气率Q_Ｌ＜5×10^-12 托·升／秒。】(如：选用全金属超高真空阀门、超高真空法兰、采用无氧铜密封圈、无氧铜排气管与不锈钢排气口之间亦采用硬密封形式连接等)。该排气车的极限真空度优于5×10^ˉ8Pa(该全金属真空系统.没有一处有橡胶等有机物)。通常，这种行波管在排气时还带着一个小型离子泵。采用“两次封离”的方法进一步提高管内真空度(排气工序结束时，行波管和带着的小型离子泵一起被封离排气台；当管子“老炼”时，用小型离子泵吸收放出的气体，“老炼”结束后再进行第二次封离---将离子泵与行波管封离。因为上天的器件要求重量轻，不好带着离子泵)。

　　b.彩色显像管在封离排气台后的真空度一般在5×10^-4Pa 上下，蒸散管内装有的吸气剂、经过“老炼”后，管内真空度可升至5×10^-6Pa 左右。