復(fù)合分子泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分子泵，特別是涉及一種復(fù)合分子泵。
【背景技術(shù)】
[0002] 分子泵經(jīng)過(guò)近100年的發(fā)展，在工程實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用，主要是由于它對(duì)分子 量大的氣體有較高的壓縮比，能獲得清潔的真空環(huán)境，在某些要求清潔度較高的真空系統(tǒng) 中，油擴(kuò)散泵已被渦輪分子泵代替。渦輪分子泵作為一種非常重要的半導(dǎo)體、玻璃鍍膜以 及液晶顯示設(shè)備的子系統(tǒng)，被廣泛用于刻蝕、低壓化學(xué)氣相沉積（LowPressureChemical VaporDeposition，簡(jiǎn)稱LPCVD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（Metal-organicChemical VaporDeposition,簡(jiǎn)稱M0CVD)、離子注入以及溉射工藝。潤(rùn)輪分子泵的主要問(wèn)題是，在入 口壓力為1. 33Pa量級(jí)時(shí)，其有效抽速會(huì)明顯下降到70%-80%。此外，渦輪分子泵的出口壓力 也較小，壓縮比較低，前級(jí)泵的油蒸氣返油率高，影響了分子泵入口的清潔程度，這類缺陷 均使渦輪分子泵無(wú)法滿足市場(chǎng)需求。
[0003] 因而出現(xiàn)了復(fù)合分子泵，復(fù)合分子泵是渦輪分子泵與牽引分子泵的串聯(lián)組合，集 兩種泵的優(yōu)點(diǎn)于一體。渦輪分子泵的轉(zhuǎn)子葉片主要用來(lái)提高泵的抽速，牽引分子泵帶有螺 旋槽的牽引級(jí)定子主要用來(lái)增加泵的壓縮比，提高泵的出口壓力。但牽引級(jí)定子都是單極 的，即單獨(dú)采用水平式螺旋槽定子或者垂直式螺旋槽定子。水平式螺旋槽定子有助于改善 分子泵的抽氣性能，但對(duì)增加壓縮比的貢獻(xiàn)不足；要保證性能不變?cè)黾訅嚎s比則需要增加 牽引級(jí)定子的高度，即增加牽引級(jí)定子與牽引級(jí)轉(zhuǎn)子之間的空隙面積，可使用垂直式螺旋 槽定子，但較長(zhǎng)的垂直式螺旋槽定子增大了整個(gè)分子泵的尺寸，而且在分子泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 單獨(dú)的垂直式螺旋槽定子會(huì)發(fā)生變形。
[0004] 在目前實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)復(fù)合分子泵有更多更高的要求，而現(xiàn)有的復(fù)合分子泵由于 結(jié)構(gòu)、材料以及內(nèi)部設(shè)置等多方面因素的限制，很難滿足這些要求。例如，大規(guī)模的集成電 路工藝需要分子泵能滿足高抽速大氣流的要求，并且能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的突增。次 世代的平板顯示器（FlatPanelDisplay，簡(jiǎn)稱FPD)工藝（G10級(jí))、大尺寸的玻璃面板制造 也需要分子泵具有更大的抽速。而現(xiàn)有的分子泵中渦輪級(jí)轉(zhuǎn)子由常規(guī)鋁合金材料制成，鋁 合金的密度較大，相同體積下質(zhì)量也更大，而且鋁合金材料的強(qiáng)度也有限，致使渦輪級(jí)轉(zhuǎn)子 無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)以及短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速的提升。低轉(zhuǎn)速也制約了分子泵的最大抽速，此類分 子泵的抽速只能達(dá)到3000L/S，因而無(wú)法滿足現(xiàn)階段市場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速突增以及大抽速的需 求。
[0005] 介電層刻蝕、金屬刻蝕、化學(xué)氣相沉積（ChemicalVaporDeposition,簡(jiǎn)稱CVD)及 FH)等工藝中，分子泵的轉(zhuǎn)子和定子之間短時(shí)間內(nèi)就會(huì)累積大量的沉積物，短時(shí)間內(nèi)沉積物 的增加會(huì)使分子泵的平均無(wú)故障時(shí)間大為縮短，影響了復(fù)合分子泵的使用效率。為減少沉 積物的累積，傳統(tǒng)方法是在分子泵上設(shè)置加熱裝置，加熱裝置是對(duì)泵體的整體加熱，溫度僅 在80°C范圍內(nèi)可控，處理效果并不理想。
[0006] 次世代的CVD工藝對(duì)分子泵的耐熱性能要求很高，需達(dá)到約150°C~180°C。不同 材料制成的定子的工作極限溫度各不相同。當(dāng)分子泵中的定子溫度達(dá)到134°C，還需要考慮 材料的蠕變壽命。
[0007] 磁懸浮軸承是現(xiàn)代分子泵軸承型式的主流。磁力軸承利用電磁力將轉(zhuǎn)子主軸懸 浮在空中，不用任何潤(rùn)滑油，可實(shí)現(xiàn)完全無(wú)油的真空泵，軸承部分可在腐蝕性氣霧中使用。 但是在控制器故障、外界干擾或其他故障影響下磁力軸承無(wú)法保證轉(zhuǎn)子主軸保持在目標(biāo)位 置，即主軸會(huì)發(fā)生徑向位移，與磁力軸承之間的距離會(huì)發(fā)生改變，使轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)中與定 子發(fā)生碰撞，造成分子泵失效，帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。
[0008] 此外，分子泵吸收氣體的壓力、溫度、酸堿度等情況也會(huì)影響分子泵的健康性能， 影響分子泵的正常使用。需要一種可以同時(shí)監(jiān)測(cè)分子泵內(nèi)各類狀況，在分子泵失效前能夠 及時(shí)報(bào)警，有效防止分子泵發(fā)生故障的有效措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種可保證結(jié) 構(gòu)緊湊、具有較大抽速和較高壓縮比，能夠滿足短時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速突增、及時(shí)防止分子泵失 效的復(fù)合分子泵。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種復(fù)合分子泵，主要包括：泵殼、 主軸轉(zhuǎn)子、復(fù)合螺旋槽定子、固定支撐座和徑向磁軸承。所述泵殼固定在底座上，所述泵殼 的頂端設(shè)有進(jìn)氣口，所述泵殼的內(nèi)壁上沿軸向依次固定裝設(shè)有多層定子葉片；所述主軸堅(jiān) 直設(shè)置于所述泵殼內(nèi)部，其中心軸線與所述泵殼的中心軸線共線；所述轉(zhuǎn)子固定套設(shè)于所 述主軸上，所述轉(zhuǎn)子包括位于上部的渦輪級(jí)轉(zhuǎn)子和位于下部的牽引級(jí)轉(zhuǎn)子，所述渦輪級(jí)轉(zhuǎn) 子外周沿軸向依次布設(shè)有多層轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片的層數(shù)與所述定子葉片的層數(shù)相 應(yīng)，所述轉(zhuǎn)子葉片與所述定子葉片沿軸向交替排列，且傾斜方向相反；所述轉(zhuǎn)子葉片由碳纖 維增強(qiáng)復(fù)合材料制成；所述復(fù)合螺旋槽定子固定裝設(shè)于所述底座上，且套設(shè)于所述牽引級(jí) 轉(zhuǎn)子外側(cè)，所述復(fù)合螺旋槽定子包括連為一體的水平式螺旋槽定子和垂直式螺旋槽定子， 位于最下層的所述轉(zhuǎn)子葉片與所述水平式螺旋槽定子相配合；所述復(fù)合螺旋槽定子的內(nèi)壁 設(shè)置有多條型線螺旋導(dǎo)流槽；所述型線螺旋導(dǎo)流槽內(nèi)的物質(zhì)沉積區(qū)設(shè)置有傳感器和用于減 少沉積物的加熱裝置；所述傳感器和加熱裝置連接于位于所述泵殼以外的主控制系統(tǒng)；所 述固定支撐座固定裝設(shè)于所述底座上，設(shè)置于所述主軸與所述轉(zhuǎn)子之間；所述徑向磁軸承 套設(shè)于所述主軸下端的軸徑外側(cè)，由裝設(shè)于所述固定支撐座上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于驅(qū)動(dòng)所述主 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電機(jī)與所述主控制系統(tǒng)連接。
[0011] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子的渦輪級(jí)轉(zhuǎn)子外周沿軸向依次布設(shè)有九層轉(zhuǎn)子葉片，各所述轉(zhuǎn) 子葉片的葉頂圓直徑相同；所述轉(zhuǎn)子葉片沿軸向從上至下，第一層至第四層中各層的葉片 厚度、軸向弦長(zhǎng)、葉片傾角逐漸減小；第四層至第九層中各層的葉片數(shù)、軸向弦長(zhǎng)、葉片傾角 都相同。
[0012] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子的整體表面涂覆有抗腐蝕涂層。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子的整體表面涂覆的抗腐蝕涂層材料為鎳。
[0014] 優(yōu)選地，所述牽引級(jí)轉(zhuǎn)子與所述復(fù)合螺旋槽定子構(gòu)成牽引分子泵，所述牽引分子 泵為霍爾威克結(jié)構(gòu)。
[0015] 優(yōu)選地，所述型線螺旋導(dǎo)流槽的型線為漸開(kāi)線。
[0016]優(yōu)選地，所述加熱裝置包括局部加熱單元、局部加熱電源，所述局部加熱單元設(shè)置 于所述型線導(dǎo)流槽內(nèi)的物質(zhì)沉積區(qū)，局部加熱電源設(shè)置于所述泵殼之外且與所述局部加熱 單元及所述主控制系統(tǒng)連接。
[0017]優(yōu)選地，所述復(fù)合螺旋槽定子由鈦合金制成。
[0018]優(yōu)選地，所述傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與所述主控制系統(tǒng)連接，用于探測(cè)所述復(fù)合分子 泵的內(nèi)部溫度、氣體壓力、主軸的徑向位移、沉積物的厚度和酸堿度。
[0019]優(yōu)選地，所述主軸外還套設(shè)有多個(gè)線圈，所述線圈固定裝設(shè)于所述固定支撐座上， 且與所述主控制系統(tǒng)連接。
[0020] 如上所述，本發(fā)明的復(fù)合分子泵，具有以下有益效果：采用渦輪級(jí)轉(zhuǎn)子與牽引級(jí)轉(zhuǎn) 子串聯(lián)的方式，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片使該復(fù)合分子泵具有大抽速；采用強(qiáng) 度更高、質(zhì)量更輕的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋁合金材料制造轉(zhuǎn)子葉片，使復(fù)合分 子泵能夠滿足短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速突增的需求；復(fù)合螺旋槽定子采用水平式螺旋槽定子與垂直式 螺旋槽定子串聯(lián)的方式，既增加了復(fù)合分子泵的抽速又增加了壓縮比，還使分子泵的結(jié)構(gòu) 更為緊湊；內(nèi)置的局部加熱裝置使沉積物明顯減少，大大減小了復(fù)合分子泵的故障率；轉(zhuǎn) 子外涂覆抗腐蝕涂層，復(fù)合螺旋槽定子采用鈦合金材料，使復(fù)合分子泵具有更好的耐腐蝕 性和耐高溫性；復(fù)合分子泵內(nèi)置傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)復(fù)合分子泵的內(nèi)部溫度、氣體壓力、 主軸的徑向位移、沉積物的厚度和抽排氣體的酸堿度等狀態(tài)，與傳感器連接的主控制系統(tǒng) 可對(duì)復(fù)合分子泵隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，