從上世紀我國研制出第一臺油擴散泵開始, 經過數代人的嘔心瀝血和長期探索研究發展, 已達到相當的技術水平和一定的生產規模, 被廣泛應用于機械、電子、冶金、原子能、空間模擬等工業領域和科學技術研究中, 為我國的科技發展做出了顯著的貢獻。油擴散泵具有對被抽氣體無選擇性、抽氣速率大、結構簡單、無機械傳動、無摩擦和操作維護方便的特點, 抽氣原理是利用高速運動的油蒸汽流與被抽氣體混合進行能量交換而達到抽氣作用的。代表油擴散泵技術水平的主要性能(參數) 指標為: 極限壓力、抽氣速率、臨界前級壓力、泵液返流率、平均無故障時間等。

　　國內直接從事泵的開發研制、生產的單位主要集中在2 所大學、1 個專業研究所和4 家國企, 目前有許多公司、企業通過交流、仿制等辦法參與泵的制造。國際上油擴散泵技術水平較高的主要代表廠商為Leybold、BOC Edwards、ULVAC、Pfeiffer (Varian) 等公司, 其產品在國內都有用戶, 口碑均不錯。下面我們對國內外油擴散泵的現狀進行比較, 探討今后發展的方向。

1、分類與特點

　　新國家推薦標準將油擴散泵分為K 系列(直腔泵)、KT 系列(凸腔泵) 2 個系列, 主要依據泵的外形差異進行區別。實際上市場現存的產品除包括上述2 類外, 還包括KA 系列(直腔矮泵)、KTD 系列(凸腔低返油泵)、KC 系列(寬區域泵) 等; 按噴帽、噴嘴數量分有5 級、4 級、3 級等形式。

　　泵系列的演變是隨著我國科技人員對油擴散泵研究的深入和解決實際應用問題的過程中逐步完善的。例如, 在允許稍許降低泵的抽氣速率指標下, 通過合理調節泵芯各級間距, 可以降低泵的高度, 從而減少空間高度, 于是出現了直腔矮泵。實踐發現在泵口尺寸不變的情況下增加泵腔尺寸可以將泵的抽氣速率平均提高30% , 甚至50% , 對大泵來說也有一定的效果, 我公司新研制的直徑1200 mm 的凸腔泵比直腔泵的抽氣速率提高20% , 由于提速效果明顯, 凸腔泵很快系列化, 并成為油擴散泵的主流產品, 廣泛應用于各類真空應用設備中。隨著半導體等行業的發展, 提出了潔凈真空的要求, 必須嚴格限制泵液返流率, 甚至要求無油真空的環境, 因此只有降低泵本身的返流率并配置合理有效的防返油裝置才能解決問題, 于是凸腔低返油泵系列應運而生, 該類泵的泵腔、泵芯的設計與凸腔泵有明顯的不同, 設計參數突破了原有的選擇范圍, 并不只是簡單地將水冷擋油帽置于泵腔內的結構, 實際表明, 凸腔低返油泵和預期的效果尚有差距, 需進一步改進探索。油擴散泵在10^-4～ 10^-2Pa 范圍具有穩定的抽氣速率, 壓力高于10^-1 Pa 時抽氣速率降幅非常大, 形成明顯的拐點, 使油擴散泵與前級泵不能很好地銜接, 延長抽氣時間, 新生的寬區域泵在不改變泵原有的性能指標的情況下, 提高泵在高壓力區域的抽氣速率, 同時提高泵的臨界前級壓力, 使抽氣效率明顯增大。

　　外國公司的油擴散泵一般根據用途、配套的輔助部件(如擋板) 的不同來劃分系列:ULVAC 公司分為ULK系列、U、F系和、PFL系列; BOC Edwards 公司按用途分科研、工業和彩管行業用泵, 有Standard D IFFSTA IC、Cryocoo led DIFFSTA IC、HT 和EO 系列; Pfeiffer 公司分為DIF 系列和DIFC 系列; Leybold 公司是DIP 系列。各公司一般將科研用泵和工業用泵、通用型和專用型泵、小口徑泵和大口徑泵區別開來, 有的公司將泵、阱、閥、冷卻和電控集合為一體, 方便了用戶的使用。外國公司產品的多樣性體現了國外產品的人性化設計思想和良好的聯體界面, 豐富產品類型的同時簡化了戶使用手續, 降低對用戶專業化知識的要求。

2、極限壓力

　　極限壓力指標除了與泵的噴嘴、噴帽的喉部間隙有直接關系外, 還與泵液的品質、一級冷帽(板、阱) 的溫度、泵的漏率、系統的放氣、泵液冷卻的合理性等因素有關。

　　國內重點企業提供的產品性能在該指標上基本一致, 能達到國家標準規定的合格品指標, 而普通企業的泵很多達不到10^-5 Pa, 以至新的推薦標準將合格品指標降為1.5×10^-4 Pa。采用普通KS-3 擴散泵油的國內知名品牌泵實測指標大多在5×10^-5 Pa, 甚至可以達到2.5×10^-5 Pa, 與采用275 硅油泵的實測指標不相上下。該指標國產知名品牌泵與國外產品基本一致。如果采用增加冷卻擋板(阱)、使用單餾分高分子量的油作為工作液、泵體采用低放氣量的不銹鋼材質和進行長時間烘烤等手段, 泵的極限壓力至少可以達到5×10^-6 Pa。

　　國外公司泵的極限壓力與采用的工作液相對應, 有的公司未給出具體的指標, 只給出泵的抽氣范圍作為參考, 如Pfeiffer 公司。工作液的品質對泵的極限壓力影響非常大, 從Leybold 公司的資料顯示同一型號的泵采用不同的泵油其指標相差可達2 個數量級, 見表1。各公司均給出不同的工作液供用戶選擇, 滿足不同用戶的需要。ULVAC 公司有UL-VAC-D11、ULVAC-D31 等, Leybold 公司有DIF-FELEN 、Silicone 等, BOC Edw ards 公司有San tovac 5、Silicone、Apiezon 系列等。

表1　不同泵油的泵所能獲得的極限壓力Pa

　　如果國內生產的擴散泵油能達到國外油的品質, 從泵的設計、制造來看完全可以達到甚至超過國外泵的指標。如何提高和豐富泵油的質量、品種已擺在石化行業面前, 從這點可以看出真空技術對其它行業發展的強烈依賴性。上世紀九十年代國內一些研究所、企業(如上海惠豐化工研究所、北京石大中油石油化工技術有限公司、北京市燕山特種潤滑油廠、北京四方特種油品廠等) 已經能向市場批量提供各類真空泵油, 豐富了原有的大連、蘭州、甘肅玉門真空泵油的品種, 但擴散泵油仍然是水平相當的相互重和, 與國外油品的差距并未明顯縮小。泵油性能不穩定, 即使同一企業的不同批號油的性能也有差異, 直觀上顏色、粘度都不一樣。因此制油企業的課題和商機是改進加工工藝, 提供穩定、高品質的油。擴散泵油的性能需要滿足以下幾點要求:

　　● 常溫下低的飽和蒸汽壓, 工作溫度下飽和蒸汽壓要盡量高;

　　● 摩爾質量或平均摩爾質量要大, 最好要高于500 g/mol;

　　● 具有較低的(蒸發) 汽化潛熱;

　　● 油品潔凈、餾分單一, 不含凝結物質和其它雜質;

　　● 具有良好的抗氧化性、抗酸堿性和抗輻射性;

　　● 油品性能、質量要穩定、統一, 各批號之間的差異要小。

　　表2 提供了一些國外油的主要性能參數, 該參數對泵的性能指標有直接的影響。

表2　不同泵液的技術參數

　　限于篇幅，文章中間章節的部分內容省略，詳細文章請郵件至作者索要。

7、綜合參數指標

　　除上述所說的指標外, 必須完善泵的可操作性和實用性, 方便用戶的使用。國內產品除了設有注、放油口外, 一般無其它輔助部件。國外產品一般有液位顯示油標、油溫測量顯示裝置、加熱器控制裝置、加熱器熱屏蔽裝置、冷卻系統控制報警裝置、快速冷卻裝置等輔助部件。雖說增加這些部件難度不大, 但國內沒有幾個產品設置, 說明老產品的改造不力, 產品的人性化思路沒有深入到設計者的思想中。由于加工工藝的原因, 特別是泵芯的加工精度不高, 從而對泵的裝配、喉部間隙的控制帶來困難, 使得泵的性能與裝配人員的素質有很大關系, 對泵油的品質、用量非常敏感, 對運輸要求較高。因此除了有色金屬采用旋壓方式外, 還可以把泵芯改為鋼件, 用精加工的方式提高尺寸、形位公差的精度。同時要非常注意外觀質量和加工工藝, 制造出體積小、重量輕、造型美觀的產品。

8、結論

　　真空行業是隨著科技進步不斷發展的行業, 各類制造、銷售、代理公司不斷涌現, 豐富了真空市場的產品種類, 向用戶提供了大量的國內外設備, 用戶有了更多的選擇, 激烈的競爭降低了設備實際價格,降低了用戶配套成本; 另一方面則是大量低水平、不合格的泵充斥了市場, 擾亂了市場, 損害了客戶的利益, 最終損害了真空產業的健康發展, 降低了與國外真空產品的競爭力, 使一些用戶不得不花費數十倍的價格進口產品。加入WTO , 對真空行業來說, 既是機遇, 又是挑戰, 如何把握, 已擺在大家面前, 這是一個不可回避的問題。從油擴散泵來看, 雖說在關鍵指標上與國外差距不大, 通過努力在短期內是可以消除的, 但綜合水平國內外產品的差距還是比較明顯的, 有大量的工作需要我們去做。只有建立市場第一、用戶第一的思想, 及時收集用戶反饋的意見并完善之, 加強校企聯合, 密切企業間的合作, 我們相信有能力應對國外公司的挑戰。