真空炉抽气系统以不同的、顺序的阶段运行，以有效地将空气和其他气体从密封腔室中清除。该过程从机械泵（或“粗抽泵”）开始，它去除大部分空气，然后是增压泵，以提高中间真空范围内的效率。对于高真空应用，扩散泵或涡轮分子泵随后接管以实现最终的低压环境，同时维持泵保持正确的背压。
没有单一的泵可以在从大气到高真空的巨大压力范围内高效运行。真空炉依赖于多级系统，其中每个泵都是一个专家，按照精确控制的顺序将任务移交给下一个泵，以逐步降低腔室压力。
为什么炉内需要真空
真空炉的主要目标是为热处理、钎焊和烧结等高温过程创造一个严格控制的惰性气氛。清除空气是第一个也是最关键的步骤。
去除反应性气体
大气主要由氮气和氧气组成，它们在高温下具有很高的反应性。这些气体可能导致被加工材料发生不必要的氧化、变色和污染，从而损害其结构完整性和表面光洁度。真空系统会清除这些反应性元素。
理解压力范围
真空只是一个压力低于大气压力的空间（约 760 托）。
- 粗真空（或低真空）是初始阶段，通常低至约 10⁻³ 托。
- 高真空指的是更低的压力，从 10⁻³ 托到 10⁻⁹ 托及更高。
不同的工业过程需要不同的真空水平，这决定了所需抽气系统的复杂程度。
从大气到高真空的顺序之旅
抽气系统的工作方式就像接力赛。每个泵都针对特定的压力范围进行了优化，一旦自身的效率开始下降，就会将工作量移交给下一个泵。
第 1 阶段：机械泵（主力）
机械泵，通常称为“粗抽泵”，负责最初的繁重工作。它是一种正位移泵，可将大量空气从腔室中物理排出。
它将炉子从大气压降至粗真空范围，通常停在 10 到 20 托左右。此时，它已经去除了 99% 以上的空气分子，但其进一步抽吸的能力会迅速减弱。
第 2 阶段：增压泵（加速器）
一旦机械泵达到其有效极限，就会激活增压泵。该泵使用一对高速旋转的叶轮，以在这些较低压力下更有效地输送气体。
它不会直接排向大气。相反，它充当中间阶段，将气体从炉腔中抽出，并将其“增压”到机械泵的入口处。这种组合使系统能够更快地达到中等真空范围。
第 3 阶段：扩散泵（高真空专家）
要实现真正的真空，需要扩散泵。这种泵没有活动部件，其工作原理完全不同。只有当腔室压力已经非常低时（例如，低于 1 微米或 0.001 托）才会激活它。
在泵内部，一种特殊的油被加热直到汽化，产生高速的蒸汽射流。这些射流与腔室内残留的少量气体分子碰撞，赋予它们向下的动量，并将它们“拖拽”到泵的底部，在那里它们被机械/增压泵系统（现在充当“背压泵”）清除。涡轮分子泵是一种常见的无油替代品，它使用高速涡轮叶片来实现相同效果。
支持角色：维持泵
一个小型专用维持泵起到至关重要的支持作用。它的主要工作是维持扩散泵背面的真空压力。这可以防止高温扩散泵油“反向流动”或迁移回主炉腔室，从而导致灾难性的污染。
理解系统的相互依赖性
抽气系统的有效性不仅取决于泵本身。它还取决于它们的控制方式以及它们所连接的炉子的完整性。
对自动化（PLC）的需求
这种复杂的顺序不是手动管理的。通过触摸屏界面操作的可编程逻辑控制器 (PLC) 会使整个过程自动化。
PLC 通过数字仪表监测压力，并且仅在达到正确的压力“设定点”时才激活每个泵。这确保了最大效率，防止泵损坏（如果在高压下启动，扩散泵会被损坏），并为每个循环提供可重复、可靠的性能。
腔室和密封的关键作用
即使是最强大的抽气系统，如果炉腔泄漏，也是无用的。现代真空炉腔通常采用双层不锈钢结构，并带有广泛的水冷。
这种冷却可以防止腔室在剧烈加热下变形，并保持门密封的完整性。如果没有一个完全密封、坚固的容器，泵将与空气泄漏回系统的斗争中失败。
将抽气系统与您的目标相匹配
正确的系统配置完全取决于您的过程所需的真空水平。
- 如果您的主要重点是基本的硬化或回火（低真空）：单个坚固的机械泵可能足以去除氧气并防止氧化皮。
- 如果您的主要重点是高纯度钎焊、烧结或退火（高真空）： 完整的带机械泵、增压泵以及扩散泵或涡轮分子泵的多级系统是必不可少的。
- 如果您的主要重点是过程一致性和安全性： 现代基于 PLC 的控制系统，可自动执行整个抽真空和排气顺序，对于可靠的结果是必不可少的。
最终，真空炉的抽气系统是解决复杂物理问题的优雅方案，它使用一组专业泵来为完美的结果创造完美的环境。
摘要表：
| 阶段 | 泵类型 | 功能 | 压力范围 |
|---|---|---|---|
| 1 | 机械泵 | 将空气从大气压到粗真空 | ~760 至 10⁻³ 托 |
| 2 | 增压泵 | 提高中真空效率，加速气体去除 | 中间范围 |
| 3 | 扩散/涡轮分子泵 | 通过去除残留气体分子实现高真空 | 10⁻³ 至 10⁻⁹ 托 |
| 支持 | 维持泵 | 维持背压以防止污染 | 扩散泵的背压侧 |
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