11月22日，艾邦于深圳机场凯悦酒店举办了第三届动力电池复合集流体大会，共17个专业议题，1个圆桌论坛， 500+参会人员，此次论坛在各位嘉宾、赞助商、与会者以及艾邦工作人员的配合支持下获得圆满成功。
安捷伦市场经理董辉给大家带来了主题报告《扩散泵的特点及其在复合集流体真空镀膜上的应用》。
下面，小编给大家整理了董经理的精彩演讲内容。董经理主要介绍了以下几个方面：扩散泵是什么样的真空泵？它是怎么样工作的？它有些什么样的特点？复合集流体真空镀膜对真空的要求有哪些特点？为什么扩散泵可以用在复合集流体真空镀膜上？安捷伦的扩散泵有哪些特点？
扩散泵是一种高效的真空泵，具有从小至大不同尺寸的多种型号。其最小型号的口径仅为50毫米（5厘米），而最大型号的口径可达约一米，高度超过一米，重量数百公斤。这种泵的抽速范围极广，从几十升每秒到数万升每秒不等。
扩散泵的工作原理是通过加热油以产生蒸汽，该蒸汽随后从喷塔的缝隙中以高速喷射出来，速度可达到接近音速的0.985马赫。
首先，射流的高速携带作用能够带走与之接触的气体分子。由于射流的速度与分子的热运动速度相仿，因此它可以有效地携带气体分子。
其次，扩散泵使用的是长链大分子油，平均分子量在200至500，远大于常见气体分子如氮气和氧气。这相当于铅球撞击乒乓球，可以轻易地将气体分子撞击并带走，使其沿着射流的方向移动，并撞击到泵壁上的水冷盘管。
当油蒸汽撞击到泵壁后，它会重新液化，流回油锅中继续下一轮蒸发循环。在这个过程中，气体被释放并由前级泵抽走。扩散泵通常包含4到5级喷塔，逐级将气体从上至下抽走，直到被前级泵完全抽出。
扩散泵的结构由外壳、内置的水冷却管、泵芯（也称为喷塔）、排气口和加热板组成。排气口连接前级泵，而顶部的进气口则连接阀门和镀膜机腔体，底部的加热板用于加热油锅。
扩散泵是一种无需电子控制元件的真空泵，它不向控制系统提供任何传感器信号或报警。因此，操作者需要对其工作状态和特性有深入了解。
扩散泵工作有几个区间，从右往左真空度越来越好。在最右侧的区间，虽然扩散泵可以抽气，但返油现象较为严重，因此这个阶段通常不使用扩散泵。该区间被称为前级泵工作区间，意味着在此阶段，真空度是由前级的机械泵或罗茨泵建立的，之后再切换给扩散泵继续抽气。
进入第三区间，即恒定排气量区间，扩散泵开始正式抽气，此时抽气速度乘以压力保持恒定。也就是说，随着压力的降低，抽气速度实际上是在增加的。这个区间也被称为扩散泵的“爬坡区间”，在这里扩散泵可以工作，但仍存在一定程度的返油。
紧接着是恒定抽速区间，或称为扩散泵的满抽速工作区间。在这一区间内，扩散泵以恒定抽速正常运行，抽速不随压力变化。在工艺过程中，我们通常使用的就是这个区间。
向左的第一区间是压缩比极限区间，这通常超出了常规工艺的需求。
在分子泵发明之前，为了实现高真空或超高真空，扩散泵必须工作在这一极限区间，有时甚至需要加装冷阱来达到所需的真空度。但在当下的工业生产中，很少需要扩散泵达到如此高的压力。
提到返油问题，我们知道扩散泵使用油蒸汽进行抽气，返油是一个需要注意的问题。图表展示了扩散泵及前级泵的返油率与压力的关系。
在大气压附近，前级机械泵的返油率相对较低。但当抽至机械泵的极限真空时，返油率会上升，因为此时泵油更易气化。在扩散泵刚开始工作的“爬坡区间”，返油较多，但当进入满抽速工作状态时，返油相对较少。
这是因为在初期工作时，泵负载较大，进口与排气口之间的压差也大，导致喷射流易向上弯曲，偏向进气口方向。一些喷射流击中泵壁会引起溅射，形成返油。
1. 扩散泵需要垂直安装，这是由于内部的油锅依赖重力使油蒸汽凝结后流回油锅。这一要求对系统设计提出了挑战，有时需要在设备底部挖坑，以确保泵的正确安放。有些用户通过侧面斜向开孔的方式来适应这一需求，使得扩散泵即使在侧面安装时也能够有效工作。
2. 返油问题是扩散泵的一个固有特点，虽然可以采取措施减少返油，但无法完全消除。
3. 扩散泵的能耗相对较高，不仅需要电加热，还需要大量的冷却水以保持适宜的工作温度。
4. 在进行例行保养时，由于需要加油，将产生废油，这需要妥善处理。
5. 扩散泵无法在超出其工作区间时自动报警。尽管缺水、缺电或内部短路等情况会触发报警或跳闸，但压力异常升高不会引起自动报警。因此，用户必须对扩散泵的工作区间有清晰的了解，并在系统设计及控制策略中预先考虑这一点。
1. 扩散泵能够提供极大的排气量。得益于其宽大的口径和强劲的油蒸气射流，扩散泵能够有效应对高气体负载，保持高效的抽气性能。
2. 扩散泵结构简单，没有运动部件，如旋转或往复部件，甚至缺乏电子元件，例如传感器或电路板。除了热电偶和加热丝，其内部构造极为简洁。这种设计的结果是扩散泵的耐用性非常高，许多泵能够持续运行10年或20年而无需返回厂家进行保养或维修。
3. 单个扩散泵的抽速大，这意味着即使是体积庞大的腔体，也只需少量的扩散泵即可达到所需的真空度。相比之下，使用分子泵可能需要一组多达十个或更多的泵，这无疑增加了故障点的风险。而少数几个扩散泵往往就能满足需求。
4. 扩散泵即使在非正常或误操作的情况下，也不易损坏。例如，即使不慎破空，泵通常仍能维持正常工作。尽管油在破空时可能会因氧化而失效，但泵本身仍然保持完好。
5. 扩散泵不具有气体选择性，这是它的一个重要特性。与通过高速机械运动抽气的真空泵（如分子泵）不同，后者对气体有选择性，尤其是在抽取小分子气体（如氢气或氦气）时效率较低。扩散泵则能够均匀地抽取各种气体分子，避免了腔体内气体成分的不均匀性。
6. 扩散泵的成本效益比较高。在价格和抽速比上，扩散泵提供了一个经济高效的解决方案，单位抽气成本较低，这对于设备制造商和用户来说是一个重要的考量因素。
1. 随着镀膜材料幅面的增宽和卷材长度的增加，我们需要更大的处理腔体来容纳这些材料。这种大幅面、长卷材的特点导致其内部夹带的气体量增多，表面积增大，从而在镀膜过程中产生更大的放气量。随着材料的不断展开，放气量的增加可能对镀膜过程产生影响。
2. 工业生产对镀膜过程中压力的稳定性有严格要求，这是保证高良率的关键因素之一。因此，真空泵必须具备良好的抗气载能力，以应对材料放气量突增的情况，确保压力稳定，从而保障膜层质量和均匀性。
此外，为了缩短从大气压到达镀膜所需真空度的时间，真空泵需要具备快速抽气的能力，以避免在这一关键阶段的时间延误。设备的高可靠性也是工业生产中的必要条件，频繁的故障会严重影响生产效率和成本。
3. 某些镀膜工艺，尤其是蒸镀过程，会产生大量粉尘。这些粉尘会随着时间积累，可能需要每几天或每周清理一次腔体。这些粉尘不可避免地会被吸入真空泵中，相比其他类型的泵，扩散泵在处理这类粉尘方面具有明显的优势。
安捷伦的扩散泵在镀膜行业中，尤其是在卷绕镀膜领域，受到了广泛的青睐和指定使用。许多客户在尝试过其他品牌的扩散泵后，经常会转向安捷伦扩散泵，并寻求更换方案。
根据客户反馈，安捷伦扩散泵的优势主要体现在以下几个方面：
• 油不容易在泵塔上焦化产生脏东西，维护简便，使用成本低
安捷伦扩散泵的核心在于其创新的分流式喷塔设计。相较于传统的扩散泵，其设计类似于高压锅的锅盖，通过锅盖上的喷嘴均匀喷射蒸汽，安捷伦的喷塔则采用了一种巧妙的分流机制。
具体来说，泵内部设有迷宫状的沟槽，通过这些沟槽，油蒸气在上升时经历冷凝和再流动的过程。在这个过程中，油首先通过外圈，然后逐渐向内圈移动。随着时间的推移，泵油可能发生化学变化，长链油分子裂解为更易挥发的短链分子，从而增加了返油的风险。
为了应对这一挑战，安捷伦采用了分流设计，这一设计策略确保了易挥发的小分子油首先流经外圈。如图所示，外圈的油流向最底层的喷塔，这一部分与高真空区域隔离。而最内圈的油则是分子量大、纯净的油，它会上升到顶层喷塔。
这样，较大分子的油在顶层喷塔中起作用，不仅能提供更高的抽速，同时也减少了返油的可能性，因为它们不易挥发。这就是安捷伦扩散泵优越性能的来源之一。
安捷伦扩散泵的设计中还包括一个独特的鳍状油池。该油池内的接触面采用了特制的沟槽设计，目的是最大化接触面积，从而促进温度的均匀分布。
这种设计的好处可以用烧水的比喻来说明：水泡通常从锅底开始形成，如果热量集中在底部，过热现象就会发生，导致油发生焦化，形成难以清除的黑色沉积物。
这些沉积物不仅难以清理，还会随时间积累，影响热量的有效散发。鳍状油池的设计有效避免了这一问题，保证了泵底部不易发黑，提高了温度分布的均匀性。
安捷伦的加热器设计也颇具特色。它采用的是带有压紧装置的管状加热器，该加热器位于泵的外侧，便于维护和保养。即便在不拆卸泵的情况下，也可以在不破坏真空的状态下更换加热器。这种加热器不易损坏的原因在于其管状设计以及通过压紧装置与泵底紧密接触，增大了接触面积，从而实现了更均匀的温度分布。
加热器下方还铺设了隔热材料，这样确保了大部分热量传递给了油，减少了对外部环境的热量散发。
除了前述的分流设计之外，安捷伦扩散泵还具有其他几项独特的设计元素。这里重点介绍其中的防滴挡板设计。
扩散泵通过高温蒸汽喷射来进行抽气，而喷射点的温度极高。为了防止油滴落到下一级喷塔上并焦化形成沉积物，安捷伦的喷塔装配了特制的防滴挡板。这些挡板通过几个点与下层喷塔接触，从而最小化了热量传递，有效防止了油滴的焦化。
安捷伦扩散泵在抽速性能上与其他泵相比有显著差异。如我们所见，安捷伦的泵能够在抽速开始下降的关键时刻——即当前级泵的抽速不足时——迅速介入并以更大的抽速开始工作。这一能力带来的优势是双重的：首先，它能够加快整个抽气过程；其次，它还能减少返油现象。
安捷伦的扩散泵还提供了可选配的内置冷帽或冷阱，这些冷阱尽管其密度不大，但它们被巧妙地放置在最容易发生返油的位置。通过在关键位置设置两圈水冷系统，冷阱能够减少超过90%的返油，同时对抽速的影响又非常小。
安捷伦的扩散泵还具备全面的温度保护措施，包括断冷却水保护、油温过高保护等，并配有标准的接口，以便于检查和维护。
复合集流体镀膜过程具有特定的要求，而安捷伦的扩散泵以其匹配的特点，非常适合应用于复合集流体卷绕镀膜工艺。
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