干泵的泵腔內(nèi)沒(méi)有任何液體，可以從大氣抽到幾個(gè)Pa。1980年干泵在半導(dǎo)體行業(yè)己經(jīng)替代油封式機(jī)械泵，獲得（1～100）Pa的極限壓力，用于化學(xué)汽相沉積和芯片的刻蝕。過(guò)去半導(dǎo)體行業(yè)的油封機(jī)械泵都是采用惰性的氟油來(lái)潤(rùn)滑，以防止腐蝕性氣體對(duì)油的侵蝕，但是氟油十分昂貴，而且維護(hù)費(fèi)用亦很高。

采用干式真空泵，泵內(nèi)不僅不存在潤(rùn)滑油，而且亦不存在廢液處理的問(wèn)題。但是泵腔內(nèi)沒(méi)有油，就使得泵腔內(nèi)部的間隙無(wú)法保持密封，而且還失去了用于控制溫度的傳熱介質(zhì)，這對(duì)干式真空泵帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。

早期的干泵是由幾級(jí)羅茨型轉(zhuǎn)子或幾級(jí)爪型轉(zhuǎn)子串聯(lián)而成，它們?cè)诒们粌?nèi)沒(méi)有任何接觸，用同步齒輪帶動(dòng)二個(gè)平行的轉(zhuǎn)子軸，由于泵腔內(nèi)沒(méi)有任何液體，所以?xún)?nèi)部間隙要盡可能保持很小，以減少氣體的返流。但是這個(gè)很小的間隙對(duì)于工藝顆粒的堆積顯得十分敏感，目前解決這個(gè)問(wèn)題的辦法就是：從泵的入口充入惰性氣體將它沖刷掉，或者用惰性氣體來(lái)稀釋可凝性的腐蝕氣體。

干泵在半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用成功，亦激勵(lì)干泵制造商將干泵引入化學(xué)工業(yè)，雖然干泵價(jià)格昂貴，但運(yùn)行成本較低，特別是沒(méi)有廢液處理問(wèn)題，對(duì)環(huán)境和健康十分有利。目前各種類(lèi)型的干泵很多，包括渦旋泵、隔膜泵、干式旋片泵、羅茨型干泵、爪式干泵和螺桿真空泵。在化工行業(yè)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位的是羅茨型干泵、爪式干泵和螺桿真空泵。

1 羅茨型干泵

羅茨型干泵是屬于較大型的干式真空泵，在化學(xué)工業(yè)有著廣泛應(yīng)用。該泵是由三級(jí)三葉型羅茨轉(zhuǎn)子串聯(lián)組成，它們裝在同一根軸上，各級(jí)轉(zhuǎn)子之間由中隔板隔開(kāi)，形成各級(jí)泵腔，上一級(jí)排氣口連到下一級(jí)進(jìn)氣口，各級(jí)串聯(lián)進(jìn)行抽氣。各級(jí)轉(zhuǎn)子的直徑和形狀是相同的，各級(jí)轉(zhuǎn)子的寬度向高壓側(cè)方向變窄，但是這種設(shè)計(jì)均需要級(jí)間冷卻，亦即上一級(jí)排出的氣體通過(guò)熱交換器后冷卻后再進(jìn)入到下一級(jí)的入口，如圖8所示。這種三葉型的羅茨型干泵雖然可以減少氣體返流，但是被抽氣體要經(jīng)過(guò)曲折路程才能排出到泵外，容易造成工藝物料堆積在泵腔內(nèi)，而且顆粒雜質(zhì)也不容易直接排出到泵外。羅茨型干泵可以從大氣抽到10Pa，抽速為（36～60）升/秒。

圖8 羅茨型干泵

2 爪式干泵

爪泵在1930年就己經(jīng)研究成功，并首次用于壓縮機(jī)行業(yè)，這種爪式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是在高壓下具有高的壓縮比。爪式轉(zhuǎn)子還具有兩個(gè)功能：一是用來(lái)截獲、輸送以及壓縮氣體，另一個(gè)就是像閥門(mén)一樣，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間打開(kāi)和關(guān)閉吸氣口和排氣口。目前這種泵的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)大都是由一級(jí)羅茨轉(zhuǎn)子與三級(jí)爪式轉(zhuǎn)子串聯(lián)而成，羅茨轉(zhuǎn)子作為高真空級(jí)，爪形轉(zhuǎn)子作為壓縮排氣級(jí)，如圖9所示。

圖9 單爪式泵

這種爪式干泵早期應(yīng)用于半導(dǎo)體的濺射、刻蝕、離子注入及PCVD薄膜制備等領(lǐng)域時(shí)，由于在工藝過(guò)程中會(huì)生成大量微小顆?；蚍磻?yīng)生成的腐蝕性介質(zhì)，可以通過(guò)向泵口引入惰性氣體進(jìn)行清洗，以防止微小顆粒在泵腔內(nèi)沉積，同時(shí)亦降低腐蝕性氣體的濃度。爪型泵己經(jīng)在化工行業(yè)的蒸發(fā)、蒸餾、干燥、濃縮等領(lǐng)域應(yīng)用。這種爪型泵的極限壓力為（1～10）Pa，抽速為（25～140）L/s。

3 螺桿真空泵

螺桿真空泵是20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)的一種理想的泵種，具有抽速范圍寬廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、泵腔內(nèi)無(wú)摩擦組件、能耗低、無(wú)廢液排放以及運(yùn)行成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而在半導(dǎo)體、光伏產(chǎn)業(yè)、化工、制藥、石化、空間模擬、低壓風(fēng)洞等領(lǐng)域到廣泛應(yīng)用。

螺桿真空泵的工作原理：由一對(duì)同步齒輪帶動(dòng)逆向旋轉(zhuǎn)的螺桿，在螺桿與螺桿之間、螺桿與泵腔之間均有一定的間隙，沒(méi)有任何金屬與金屬之間的接觸。于是螺桿在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中就將被抽氣體從進(jìn)氣口吸入并排出到排氣口，見(jiàn)圖10。

圖10 螺桿真空泵斷面圖

早期的螺桿真空泵是等螺距，為了降低能耗、降低泵腔內(nèi)的溫度，又開(kāi)發(fā)了變螺距的螺桿真空泵。其中一種螺桿是由二段螺距大小不等的螺桿拼接而成，另外一種就是螺距連續(xù)變化的螺桿真空泵，螺桿是由一個(gè)整體材料加工制作而成，各種不同的螺桿設(shè)計(jì)見(jiàn)圖11所示。

圖11 各種不同的螺桿設(shè)計(jì)

變螺距真空泵的最大優(yōu)點(diǎn)就是比等螺距螺桿真空泵節(jié)能30％，排氣溫度亦較低。圖12和圖13分別為等螺距與變螺距的P-V圖。

圖12 等節(jié)距螺桿P—V圖

圖13 變節(jié)距螺桿P—V圖

與羅茨型干泵和爪式泵相比，螺桿真空泵被抽氣體在泵內(nèi)的路程很短（見(jiàn)圖14、15、16），很少受到擾動(dòng)，可以迅速排出，因而微小的顆粒雜質(zhì)不易積累在泵內(nèi)。

圖14 多級(jí)羅茨式

圖15 羅茨+爪式

圖16 干式螺桿泵

另外，螺桿真空泵的抽速特性較好，有效工作壓力范圍很寬，在大氣到100Pa時(shí)仍有較高抽速（見(jiàn)圖17）。

圖17 抽速特性比較

由于螺桿真空泵大多數(shù)是用于抽除腐蝕性或危險(xiǎn)性氣體，為了防止泵腔和螺桿被腐蝕或生銹并延長(zhǎng)泵的使用壽命，根據(jù)不同的應(yīng)用可選擇下列不同的涂層：

PTFE(聚四氟乙烯)涂層：

●耐化學(xué)性能好；

●涂層壽命較短；

●熔點(diǎn)低于300℃；

●耐磨性較差。

NIFA涂層：

●2個(gè)涂層（Ni+PFA），第一層Ni（15～20）μm，第二層PFA（25～35）μm(可溶性聚四氟乙烯)；

●對(duì)所有的化學(xué)物質(zhì)均具有良好的耐腐蝕性；

●耐機(jī)械劃傷的性能好；

●即使PFA涂層磨損，仍然有Ni涂層保護(hù)基體材料。

NIFLON涂層：

●1個(gè)涂層（PTFE溶于化學(xué)鍍Ni）15～20μm；

●良好的耐磨性；

●對(duì)基材具有良好的結(jié)合力；

●對(duì)極大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)具有良好的耐蝕性；

●耐機(jī)械劃傷；

盡管螺桿真空泵有涂層保護(hù)，但是仍然要避免腐蝕性介質(zhì)冷凝在泵內(nèi)，因此正確的操作使用和日常維護(hù)仍然十分重要——

在啟動(dòng)螺桿泵以前，首先要從泵的入口充入惰性氣體，運(yùn)行半小時(shí)，使泵腔內(nèi)的溫度升高，以防止被抽氣體冷凝在泵腔內(nèi)；

在螺桿泵停機(jī)以前，亦要從泵的入口充入惰性氣體，運(yùn)行半小時(shí)，以徹底清除泵腔內(nèi)的殘余物質(zhì)；

如果工藝物質(zhì)堆積在泵腔內(nèi)，造成再啟動(dòng)困難或啟動(dòng)電流過(guò)大，則需要在停泵情況下，關(guān)閉主閥，打開(kāi)排氣口，用水蒸汽進(jìn)行沖刷，直到泵可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)為止；

最后，由于螺桿泵在化工行業(yè)使用工況比較惡劣，必須根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行日常維護(hù)。