干泵的泵腔內(nèi)沒有任何液體，可以從大氣抽到幾個Pa。1980年干泵在半導體行業(yè)己經(jīng)替代油封式機械泵，獲得（1～100）Pa的極限壓力，用于化學汽相沉積和芯片的刻蝕。過去半導體行業(yè)的油封機械泵都是采用惰性的氟油來潤滑，以防止腐蝕性氣體對油的侵蝕，但是氟油十分昂貴，而且維護費用亦很高。

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

早期的干泵是由幾級羅茨型轉(zhuǎn)子或幾級爪型轉(zhuǎn)子串聯(lián)而成，它們在泵腔內(nèi)沒有任何接觸，用同步齒輪帶動二個平行的轉(zhuǎn)子軸，由于泵腔內(nèi)沒有任何液體，所以內(nèi)部間隙要盡可能保持很小，以減少氣體的返流。但是這個很小的間隙對于工藝顆粒的堆積顯得十分敏感，目前解決這個問題的辦法就是：從泵的入口充入惰性氣體將它沖刷掉，或者用惰性氣體來稀釋可凝性的腐蝕氣體。

干泵在半導體行業(yè)應(yīng)用成功，亦激勵干泵制造商將干泵引入化學工業(yè)，雖然干泵價格昂貴，但運行成本較低，特別是沒有廢液處理問題，對環(huán)境和健康十分有利。目前各種類型的干泵很多，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，在化學工業(yè)有著廣泛應(yīng)用。該泵是由三級三葉型羅茨轉(zhuǎn)子串聯(lián)組成，它們裝在同一根軸上，各級轉(zhuǎn)子之間由中隔板隔開，形成各級泵腔，上一級排氣口連到下一級進氣口，各級串聯(lián)進行抽氣。各級轉(zhuǎn)子的直徑和形狀是相同的，各級轉(zhuǎn)子的寬度向高壓側(cè)方向變窄，但是這種設(shè)計均需要級間冷卻，亦即上一級排出的氣體通過熱交換器后冷卻后再進入到下一級的入口，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，并首次用于壓縮機行業(yè)，這種爪式轉(zhuǎn)子的特點是在高壓下具有高的壓縮比。爪式轉(zhuǎn)子還具有兩個功能：一是用來截獲、輸送以及壓縮氣體，另一個就是像閥門一樣，在適當?shù)臅r間打開和關(guān)閉吸氣口和排氣口。目前這種泵的設(shè)計結(jié)構(gòu)大都是由一級羅茨轉(zhuǎn)子與三級爪式轉(zhuǎn)子串聯(lián)而成，羅茨轉(zhuǎn)子作為高真空級，爪形轉(zhuǎn)子作為壓縮排氣級，如圖9所示。

圖9 單爪式泵

這種爪式干泵早期應(yīng)用于半導體的濺射、刻蝕、離子注入及PCVD薄膜制備等領(lǐng)域時，由于在工藝過程中會生成大量微小顆?；蚍磻?yīng)生成的腐蝕性介質(zhì)，可以通過向泵口引入惰性氣體進行清洗，以防止微小顆粒在泵腔內(nèi)沉積，同時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)簡單緊湊、泵腔內(nèi)無摩擦組件、能耗低、無廢液排放以及運行成本低等一系列優(yōu)點，因而在半導體、光伏產(chǎn)業(yè)、化工、制藥、石化、空間模擬、低壓風洞等領(lǐng)域到廣泛應(yīng)用。

螺桿真空泵的工作原理：由一對同步齒輪帶動逆向旋轉(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，沒有任何金屬與金屬之間的接觸。于是螺桿在旋轉(zhuǎn)過程中就將被抽氣體從進氣口吸入并排出到排氣口，見圖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，螺桿是由一個整體材料加工制作而成，各種不同的螺桿設(shè)計見圖11所示。

圖11 各種不同的螺桿設(shè)計

變螺距真空泵的最大優(yōu)點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（見圖14、15、16），很少受到擾動，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時仍有較高抽速（見圖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性氣體，為了防止泵腔和螺桿被腐蝕或生銹并延長泵的使用壽命，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：

●耐化學性能好；

●涂層壽命較短；

●熔點低于300℃；

●耐磨性較差。

NIFA涂層：

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

●對所有的化學物質(zhì)均具有良好的耐腐蝕性；

●耐機械劃傷的性能好；

●即使PFA涂層磨損，仍然有Ni涂層保護基體材料。

NIFLON涂層：

●1個涂層（PTFE溶于化學鍍Ni）15～20μm；

●良好的耐磨性；

●對基材具有良好的結(jié)合力；

●對極大多數(shù)化學物質(zhì)具有良好的耐蝕性；

●耐機械劃傷；

盡管螺桿真空泵有涂層保護，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仍然十分重要——

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

在螺桿泵停機以前，亦要從泵的入口充入惰性氣體，運行半小時，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)，造成再啟動困難或啟動電流過大，則需要在停泵情況下，關(guān)閉主閥，打開排氣口，用水蒸汽進行沖刷，直到泵可以靈活轉(zhuǎn)動為止；

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)使用說明書的要求進行日常維護。