钛泵

用钛或钛合金制成的泵

钛泵，就是在设备制造选材时，利用钛及钛合金所具有的耐腐蚀、比重小、强度高、高低温综合机械性能好的特点，在过流部件、叶轮以及填料综合密封等节点使用钛或钛合金制造。该泵具有优良的耐腐蚀性能，能耐大多数有机酸、无机酸、有机化合物以及碱、盐溶液的腐蚀，适于输送含有固体颗粒、易结晶介质，特别是用于长周期运行，提高了经济性。克服填料和机械密封的不足，具有结构简单、密封可靠的优点，也从根本上解决了填料密封的轴套、填料易磨损问题。广泛应用于制碱、制盐、冶金矿山和石油化工等领域。

钛泵的类型

titanium pump

耐腐蚀泵的一种。指与被送液体相接触的零部件用钛或钛合金制成的泵。化工用钛或钛合金泵多为离心泵。

可用于输送多种有机和无机腐蚀性液体，特别适于输送含氯的盐类溶液，不能输送发烟硝酸、氢氟酸、浓度>30%的盐酸。

钛和钛合金泵价格较贵，一般仅在其他材料的耐蚀泵不能胜任的情况下应用。

钛或钛合金离心泵一般为铸造和焊制而成，其流量5.7～400m3/h，扬程4～125m。

按照钛泵的工作原理，又被称为溅射离子泵。

钛泵的结构

钛泵可分为二极型和三极型，三极型可提高对氩（Ar）的抽速。二极型钛泵的结构如图《钛泵结构原理》所示，阳极A由许多个厚0.1~0.3mm，直径为12~40mm的不锈钢薄壁圆筒构成，在阳极的两端加有1~3mm厚的钛阴极K。阳极筒的轴线与阴极面垂直，二者之间加3~7KV的电压，阳极筒的轴向加1000~3000高斯的均匀磁场。

工作原理

在钛泵阳极筒中运动的电子，有轴向速度分量Vz和径向速度分量Vr，因为Vr与轴向磁场Bz垂直，电子会受到洛仑兹力F=eVr´Bz作用，所以阳极筒内的电子除受到轴对称的电场力作用外，还受到eVr´Bz的洛仑兹力作用，电子的运动为轴向的直线运动和横截面上的轮滚线运动。在横截面上电子轮滚线运动半径的大小是电子速度和磁场强度的函数，电子速度愈大（阳极电压愈高），轮滚线的圈愈大；磁场愈强，轮滚线的圈愈小。当阳极电压较高时，为了避免电子“滚落”到阳极上，必须加一个较强的轴向磁场。在轴线方向，当电子向阳极筒的中心截面运动时，受电场力的加速作用，电子的速度愈来愈大，越过中心截面后，电场力起阻碍作用而使电子做减速运动，靠近阴极板时Vz衰减为零，电子重新受电场力的加速作用而反向加速运动，过中心截面后又开始减速，如此不停的重复上述运动。电子在阳极筒中经过很长的路程才落到阳极上。大量电子受磁场约束，以滚轮线的形式贴近阳极筒旋转，形成一层电子云。旋转电子云的旋转频率约为100兆赫兹量级，电子密度可达1010（个/厘米3）量级。上述现象称为潘宁放电。

气体分子和旋转的电子碰撞而被电离，气体离子在电场的作用下，飞向并轰击阴极钛板。离子轰击钛板产生两种作用：1、溅射钛，形成钛膜；2、打出二次电子。

溅射出来的钛原子，淀积在阳极内壁和阴极板上，形成新鲜的钛膜维持钛泵的抽气能力。离子的溅射能力随入射离子的能量、质量和入射角的不同而不同，能量大，质量大的离子的溅射能力也大；斜射比垂直轰击的效果要好。为了保证阳极筒上的钛膜的吸气能力，必须保证足够的溅射率，即要求有足够的电压，以保证离子得到足够的轰击能量。离子轰击钛板，可打出二次电子，二次电子受电磁场作用进入旋转电子云里，补充失去的电子。每个气体分子被电离的同时，都至少放出一个电子，这些电子也进入到旋转电子云里，它们和二次电子一起补偿因跑到阳极上而损失的电子，从而能不断地维持潘宁放电。

除气机理

（1）对活性气体的抽除

对N2、O2、CO和CO2等气体的排除主要靠淀积于阳极筒内壁上的钛膜的化学吸附。

（2）对氢气的抽除

对氢气的抽除有化学吸附，也有扩散、吸收、溶解作用。

（3）对惰性气体的抽除

对惰性气体的排除，主要靠离子“掩埋”，被电离的惰性气体的离子轰击阴极时，有以下三种情况：

a、离子直接打入阴极内，或打入阴极边缘对面的阳极板上的钛淀积层内；

b、斜射的离子切入阴极表面，离子和钛一起被掀掉而沉积在阴极板的周围或其它地方；

c、离子没有打入板内，但是从阴极得到电子而复合为中性原子，然后又反射到阳极内表面的钛膜中。

钛泵的性能

（1）极限压强：10-8帕

（2）抽速：

钛泵的抽速与阳极电压和磁场强度有关，磁场强时抽速也大，对应最佳抽速的阳极电压也高。常用钛泵的抽速有25升/秒、5升/秒。对于需要大抽速的场合，可用基本结构单元并联的方式使抽速达到50升/秒、100升/秒等。

（3）启动压强：10-2帕

（4）寿命：

a、阴极耗尽寿命

阴极钛板因溅射穿通而使泵无法使用。

b、阳极剥落寿命

阳极内沉积钛膜的厚度太大时会产生剥落，导致泵内压强的不规则强烈变化，使泵无法使用。

c、阳极吸饱寿命

阳极上吸附和溶解了大量的氦气、氢气，当达到饱和状态时泵不能再吸附气体。

在正常使用情况下，溅射离子泵的寿命可达几万小时。

钛泵电源

钛泵的电源是高内阻电源，其空载输出电压在3~7KV间，但负载电流大时，输出电压降至400V左右。一般溅射离子泵使用5KV倍压整流电源。可以用流过钛泵阴阳极的放电电流反映所抽空间的真空度。溅射离子泵在额定电压与磁场强度下的放电电流Iion（mA）与压强P（Torr）有一定的曲线关系。所以通过离子泵电源可反映出压强的大小。

泵电源的面板上显示有：输出直流高压和钛泵放电电流等。

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