真空技術(shù)的突破——分子增壓泵發(fā)明人儲繼國教授
殊遇難解 真空領(lǐng)域結(jié)深緣
儲繼國,深圳大學(xué)教授,1968年畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)真空物理專業(yè)。還只是一位大學(xué)本科生時,儲繼國教授就已經(jīng)與分子泵結(jié)下了不解之緣。當(dāng)時,分子泵問世不久,該泵奇特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能、昂貴的價格引起了他極大的興趣。但是,當(dāng)觸及到分子泵理論時,他卻詫異地發(fā)現(xiàn)分子泵發(fā)明人貝克爾博士(德國BALZERS公司)創(chuàng)立的理論“看不懂”。用儲教授的話說,“我遇到過不少自己解決不了的難題,但很少發(fā)生看不懂別人已經(jīng)解決的問題的情況”。于是,他開始關(guān)注起“分子泵”這個課題。
1978年,作為文革后的第一批研究生,在學(xué)位論文選題時,他選擇了分子泵,從此跟隨著指導(dǎo)老師華中一教授(曾任中國真空學(xué)會理事長、復(fù)旦大學(xué)校長),開始了對分子泵理論進行深入研究的歷程,沒想到這一開始,就是整整30年的光陰。
理論研究還算順利。用了半年多時間,儲教授就發(fā)現(xiàn)了貝克爾理論中存在的原則性錯誤。他運用統(tǒng)計物理學(xué)方法,創(chuàng)立了“The statisticaltheory of turbo-molecular pumps”(渦輪分子泵的統(tǒng)計理論),闡明了渦輪分子泵的工作原理,揭示了渦輪分子泵和牽引分子泵是兩種工作機理完全不同的真空泵,并指明了牽引分子泵(分子增壓泵屬于該泵種)將是未來真空技術(shù)的主要發(fā)展方向。該理論在美國《Journal of Vacuum Science &Technology(真空科學(xué)與技術(shù)雜志)》(真空科技領(lǐng)域最具影響力的期刊)上發(fā)表后,沒想到竟然引起了貝克爾博士的高度關(guān)注,他不僅肯定了儲教授對自己理論的修正,還特意派人向儲教授轉(zhuǎn)達了他的謝意。
此途亦艱 斬荊奪隘破難關(guān)
從渦輪分子泵統(tǒng)計理論發(fā)表開始,研制世界上性能最好的分子泵成了儲教授畢生追求的目標。理論往往先于實踐并指導(dǎo)實踐。之后的10年中,儲教授又先后創(chuàng)立了“渦輪分子泵的微分網(wǎng)絡(luò)理論”和“牽引分子泵的自泄漏理論”,構(gòu)建成功了完整的分子泵理論體系,不僅為分子泵的定量設(shè)計提供了平臺,也為我國在分子泵領(lǐng)域的研究工作長期處于國際領(lǐng)先地位提供了堅實的基礎(chǔ)。1988年,他根據(jù)理論研究的結(jié)果,研制成功了世界上第一臺達到產(chǎn)品水平的復(fù)合分子泵,引領(lǐng)了20世紀90年代國際真空產(chǎn)業(yè)界的復(fù)合分子泵熱潮,同時,也驗證了他從事的研究工作的重要價值。1992年,他發(fā)明徑流式寬程真空泵(分子增壓泵的原型),該項成果被我國真空界資深專家譽為“一旦實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,將是真空獲得技術(shù)的突破”。國際知名廠商BALZERS(德)、VARIAN(美)、ALCATEL(法)、EDWARDS(英)等對此項成果都給予了充分肯定。1999年,儲教授改進、完善了該泵的結(jié)構(gòu)和制造工藝,研制成功雙重拖動分子泵(即分子增壓泵的原型樣機)。雙重拖動分子泵剛一現(xiàn)身,即入選了首屆中國國際高新技術(shù)成果交易會,并被作為重點項目加以推介,國內(nèi)外幾十家廠商對合作開發(fā)該項成果表示出濃厚興趣,但由于制造工藝上的困難,未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。2006年,儲教授和深圳市摩爾真空技術(shù)有限公司合作,終于攻克制造工藝難關(guān),研制出第一臺分子增壓泵產(chǎn)品樣機。該泵的問世成為盛舉,并開創(chuàng)了多項世界第一:世界上第一臺兼有中、高真空雙重性能的新一代分子泵。世界上能耗最低的中、高真空泵。世界上首次在采用油封式前級泵的設(shè)備中獲得低成本的清潔中、高真空。……10年理論探索, 10年精心研制,10年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,30年的經(jīng)歷刻錄了儲教授在研制分子泵道路上的艱辛歷程。
B200D分子增壓泵 分子增壓泵的轉(zhuǎn)子 傳統(tǒng)分子泵的渦輪轉(zhuǎn)子
敢為人先 創(chuàng)新路一身是膽
目前,世界上中、高真空泵主要由羅茨泵、擴散泵和分子泵3大類組成。我國對真空泵的需求呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢,2008年,我國羅茨泵、擴散泵和分子泵的銷售量合計為1.2萬臺。
分子增壓泵測試現(xiàn)場照片
2008年,第十屆中國國際高新技術(shù)成果交易會上,分子增壓泵憑借著顯著的節(jié)能效果、極其清潔的真空質(zhì)量、顯著的經(jīng)濟效益等優(yōu)點,獲得了第十屆中國國際高新技術(shù)成果交易會“優(yōu)秀產(chǎn)品獎”。儲繼國教授攜手分子增壓泵跨入了國際主流行列,成就令人矚目。分子增壓泵的推廣應(yīng)用不僅具有可觀的市場前景,同時帶來的巨大社會效益也是難以估量的。分子增壓泵現(xiàn)已成功用于十余個不同的真空用領(lǐng)域,取得了顯著降低能耗、大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量、顯著提高經(jīng)濟效益的優(yōu)異成績。
在節(jié)能方面, 分子增壓泵能耗極低,僅為羅茨泵的15%、擴散泵的20%、分子泵的50%!按我國在用羅茨泵、擴散泵和分子泵10萬臺,平均每臺節(jié)能3kW計算,分子增壓泵全面推廣后,年節(jié)電達30億度。其中,僅大型蒸發(fā)鍍膜設(shè)備,全國在用設(shè)備約5000套,這些設(shè)備若全部改造,年節(jié)電將超過10億度!清潔真空(即無油蒸汽污染的真空)是真空質(zhì)量的最高境界,儲教授的分子增壓泵正是向該境界沖擊取得的碩果。