真空閥門(mén)的特性及發(fā)展前途

 真空技術(shù)在我國國民經(jīng)濟中已近獲得廣泛的應用，無(wú)論是重工業(yè)還是輕工業(yè)，科學(xué)還是一些普通工業(yè)部門(mén)都離不開(kāi)它。因此，作為真空技術(shù)執行元件的真空閥門(mén)也得到了相應的發(fā)展。

“真空”是指在空間內低于環(huán)境大氣壓力的氣體狀態(tài)，也就是該空間內氣體分子數密度低于該地 區大氣壓的氣體分子數密度。不同的真空狀態(tài)，就意味著(zhù)該空間具有不同的分子數密度。在標準狀態(tài) （STP：即0°C，10135Pa）下，氣體的分子數密度為 2. 6870X1025m—3，而在真空度為1X 10_4Pa時(shí)，氣體的分子數密度只有2. 65X1016m_3。

22.1.1真空度及測量單位

在真空技術(shù)中常用真空度來(lái)度量真空狀態(tài)下空間氣體的稀薄程度。通常真空度用氣體的壓力值來(lái)表示。壓力值越高，真空度越低；壓力值越低，真空度越高。

22.1.2真空區域的劃分

為使用上便利起見(jiàn)，人們常把真空度粗劃為幾個(gè)區段，按照GB/T 3163—2007，真空區域大致劃分如下：

低真空105?102Pa 中真空 102?10_1Pa 高真空10—1?10_5Pa 超高真空<10-5 Pa

22.1.3真空閥門(mén)的特性

主要是指真空閥門(mén)外殼對大氣的真空密封性，衡 量真空密封性的性能主要有兩個(gè)技術(shù)指標，即真空閥門(mén)的流導和真空閥門(mén)的閥座漏氣率（簡(jiǎn)稱(chēng)漏率）。

①真空閥門(mén)的流導在閥門(mén)打開(kāi)狀態(tài)下的氣體流動(dòng)的流導。需要指出的是，在樣本中，真空閥門(mén)的流導通常以“當量管長(cháng)度”列出，這里設管的公稱(chēng)尺寸與閥門(mén)的公稱(chēng)尺寸相同。

②真空閥門(mén)的閥座漏氣率在關(guān)閉狀態(tài)下由閥座漏入的氣體流率。它取決于氣體種類(lèi)、壓力、溫度和閥門(mén)進(jìn)、出口的壓差。

22.1.4真空閥門(mén)的定義和作用_

真空閥門(mén)是在真空系統中用來(lái)隔離（切斷）氣 流、調節氣流流量、分配氣流的真空元件。種類(lèi)繁多的真空裝置（亦稱(chēng)真空工程設備）都離不開(kāi)真空系統。真空閥門(mén)不論在簡(jiǎn)單或復雜的真空系統中都占有重要的地位。通常在真空系統設計時(shí)，要根據真空裝 置的要求和真空系統的特點(diǎn)來(lái)選擇不同類(lèi)型的真空閥門(mén)。例如，真空放氣閥，是用來(lái)給真空系統放入大氣用的。真空裝置完成真空作業(yè)后，若要更換工件或取出樣品，必須將大氣放入真空室，使真空室大門(mén)兩側沒(méi)有壓差，才能打開(kāi)大門(mén)進(jìn)行工件更換。而針閥是向 真空系統中充氣，并能調節氣體流量的真空閥門(mén)。它常用于真空泵抽速測量、真空鍍膜、離子束刻蝕、受控熱核反應裝置等真空系統上，提供調節的氣體流量，用以獲得穩定的工藝要求的真空度；高真空擋板閥、高真空插板閥，常用于主抽氣泵的進(jìn)氣口上， 用來(lái)隔離真空泵，使之不暴露于大氣之中。高真空蝶閥可裝于真空室，真空管道與真空泵之間，用以接通和隔離（截止）氣流。閥門(mén)設計不應當漏氣、發(fā)生機械、電氣故障等。

需要糾正一下國內電站閥門(mén)存在的錯誤叫法，在電站閥門(mén)中，通常將填料部分帶水封裝置的閥門(mén)前面冠以“真空”，如真空閘閥、真空截止閥等。而事實(shí)上，這些閥門(mén)的介質(zhì)壓力都很高，有的閥門(mén)壓力高達10MPa,這是一種錯誤的叫法，應當予以糾正。

22.1. 5真空閥門(mén)發(fā)展

（1）國外真空閥門(mén)發(fā)展,

世界上真空閥門(mén)技術(shù)*國家主要有俄羅斯、 美國、法國、英國、德國、日本等，從20世紀初到現在，這些國家的真空閥門(mén)品種和規格都得到較快的發(fā)展。世界主要真空設備廠(chǎng)家，例如，巴爾蔡斯公司 （Balgers）、雷寶德-海拉斯公司（Legbold-Heraeus）

和西歐核子中心（CERN）、德國電子同步加速器研究所（DESY）等，都有真空閥門(mén)的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)，能 按標準研制各種真空閥門(mén)。生產(chǎn)的真空閥門(mén)規格品種齊全，大多數真空閥門(mén)結構簡(jiǎn)單，性能可靠。瑞士 VAT是一家專(zhuān)門(mén)為科研工業(yè)部門(mén)研制、生產(chǎn)真空 閥門(mén)的產(chǎn)業(yè)工廠(chǎng)。VAT廠(chǎng)zui主要的產(chǎn)品有手動(dòng)、氣動(dòng)真空插板閥系列，金屬密封氣動(dòng)真空插板閥系列， 手動(dòng)、氣動(dòng)真空擺動(dòng)閥系列，快速關(guān)閉真空閥系列， 手動(dòng)、氣動(dòng)真空擋板閥系列，手動(dòng)超高真空擋板閥系 列等十多種真空閥門(mén)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在CERN和 DESY加速器及其他真空裝置上得到廣泛應用，并享有較高的信譽(yù)。

國外真空閥門(mén)按閥門(mén)的動(dòng)作特點(diǎn)分為插板式、擋 板式、翻板式及微調式等閥門(mén)；按驅動(dòng)形式分為氣動(dòng)、磁動(dòng)、電動(dòng)及手動(dòng)等閥門(mén)；按密封材料分為橡膠密封、銦銀合金不誘鋼密封、鈦合金鍍銀和鍍金不銹鋼密封、無(wú)氧銅不銹鋼密封的閥門(mén)。其中典型的真空 閥門(mén)有氟橡膠密封氣動(dòng)真空插板閥、銦密封氣動(dòng)真空插板閥和金屬密封氣動(dòng)真空閥。

①氟橡膠密封氣動(dòng)真空插板閥該閥的閥板密封處漏氣速率（簡(jiǎn)稱(chēng)漏率）不超過(guò)lXl（r9mbar. L/s、氣源壓力為0.4?0.6MPa，氟橡膠密封材料的 烘烤溫度為150°C。該閥的特點(diǎn)是傳動(dòng)增力機構簡(jiǎn)單輕便，在行程小的情況下，能全開(kāi)或全關(guān)，通導能力zui大，外形尺寸小，維護保養方便，性能可靠。在國外很多真空系統中得到廣泛應用。

②銦密封氣動(dòng)真空插板閥這種閥主要應用于在高能加速器中具有強輻射場(chǎng)合的真空系統中。與其他金屬密封結構的插板閥zui大的區別是所需要的密封比壓較小。銦密封結構和壓緊機構設計合理，使用壽命可以超過(guò)500次。閥門(mén)的漏氣速率小于IX10-9 mbar • L/s。不足之處是維護保養較復雜，外形尺寸大，造價(jià)昂貴。若沒(méi)有特殊的冷卻結構不能承受烘烤。

③金屬密封氣動(dòng)真空閥在需要烘烤溫度較高的真空系統中，當選用氟橡膠之類(lèi)的閥門(mén)滿(mǎn)足不了需要時(shí)，則將金屬作為密封材料用到超高真空閥中。如 CERN研究所研制的全金屬氣動(dòng)超高真空擋板閥，漏氣速率小于lX10_8Pa • L/s,烘烤溫度為300°C， 氣源壓力為2. 5MPa,閥板選用TiA6V4合金表面鍍 50^m的銀。美國Varian公司生產(chǎn)的全金屬氣動(dòng)超高真空擺動(dòng)閥，其漏氣速率不超過(guò)IX 10-7 Pa • L/s, 閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)烘烤溫度200°C，閥體用不誘鋼材料，閥板用鈦合金表面鍍金的材料。但這類(lèi)閥門(mén)需要的密封力較大，結構復雜，外形尺寸相應較大，對使用的真空要求嚴格，閥門(mén)的使用壽命短，維護保養復雜，造價(jià)昂貴。

當前，在國外的各類(lèi)真空系統中，由于真空插板閥通導能力zui大，結構簡(jiǎn)單，性能可靠，所以應用zui廣泛。由于全金屬密封的插板閥的結構較復雜，壽命較短，性能可靠性較差，應用范圍受到限制。所以除非用全金屬閥門(mén)才能保證整個(gè)真空系統性能要求的場(chǎng) 合外，一般都采用氟橡膠密封的插板閥。如真空鍍膜機、離子注入機、各種表面物理試驗儀器及大型加速器等都把氟橡膠密封的插板閥作為主要閥門(mén)。此外， 國外應用真空閥門(mén)的另一個(gè)特點(diǎn)是主要的驅動(dòng)形式為手動(dòng)、氣動(dòng)及電動(dòng)，其氣動(dòng)形式的應用。

（2）國內真空閥門(mén)發(fā)展

國內真空閥門(mén)生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)的真空閥門(mén)有真空電磁閥、真空蝶閥、真空隔膜閥、真空擋板閥、真空球閥、真空微調閥、真空調節閥、超高真空插板閥、超 高真空擋板閥共9個(gè)大系列、42個(gè)品種、150多個(gè)規 格的產(chǎn)品，尤其是生產(chǎn)的DJV1200大型氣動(dòng)高真空蝶 閥，DN900的氣動(dòng)高真空插板閥，具有相當高的技術(shù)水平。生產(chǎn)的GDI>J系列手電兩用真空擋板閥， 適用于10-5?105 Pa的壓力范圍，該系列閥門(mén)公稱(chēng)尺寸為DN150?1200，漏氣速率小于1.3 X 10-5 Pa • L/s。流導 1200?70000L/s，啟閉時(shí)間 15?60s， 此外，閥門(mén)還配置了離合器和開(kāi)關(guān)，具有安全性高、 密封可靠、流量大及可實(shí)現手控、電氣自動(dòng)控制。生 產(chǎn)的GDCKJ型高真空氣動(dòng)擋板閥和GDEKJB型（扁閥）共兩大系列。公稱(chēng)尺寸DiV80?1200，漏氣速率小于1.3X10-5Pa • L/s;啟閥時(shí)間小于5?20s，氣源壓力0.4?0.8MPa，廣泛用于大、中型高真空系統中。

當前，我國真空閥門(mén)種類(lèi)繁多，規格齊全。歸納起來(lái)，可分為七大系類(lèi)，依次為：高真空插板閥系列、高真空擋板閥系列、高真空蝶閥系列、高真空電磁閥系列、真空電磁帶充氣閥系列、電磁壓差充氣閥系列、真空球閥系列。在電子、半導體、集成電路、 真空測量、檢漏、離子束、電子束、激光、可控熱核反應等領(lǐng)域得到廣泛應用。20世紀70年代，我國高科技的北京高能所電子對撞機，蘭州重粒子加速器，西南核工業(yè)受控聚變研究裝置等都配置著(zhù)數種上百個(gè)高真空閥門(mén)產(chǎn)品。這些閥門(mén)性能*，工 作穩定可靠，保證了這些裝置的正常運轉，標志著(zhù)我國真空閥門(mén)具有相當高的技術(shù)水平。

（3）發(fā)展前景

今后發(fā)展真空閥門(mén)應重視如下問(wèn)題。

①更新?lián)Q代要重視真空閥門(mén)的更新?lián)Q代問(wèn)題， 早期的真空閥門(mén)若發(fā)現結構復雜，操作不便，給真空裝置運行帶來(lái)不便的話(huà)，希望能用同類(lèi)規格的真空閥門(mén)更換。如早期手動(dòng)的真空閥門(mén)可以用電動(dòng)、氣動(dòng)真空閥門(mén)更換，以實(shí)現真空系統的自動(dòng)化操作。

②節能要加強節能型閥門(mén)的研制和開(kāi)發(fā)。用新型的密封材料、電磁相結合的驅動(dòng)原理，研制新的節能型真空閥門(mén)。

③大型手、電兩用高超高真空加強大型手、 電兩用高超高真空插板閥的研制和開(kāi)發(fā)。當前，我國 生產(chǎn)的這類(lèi)閥門(mén)有CC型（手動(dòng)）、CCD型（電動(dòng)）、 GC型等幾種，但口徑在DJV500以上的閥門(mén)是薄弱環(huán)節。電動(dòng)閥門(mén)是實(shí)現真空系統自動(dòng)控制的重要元件。應利用光電技術(shù)改進(jìn)現行電動(dòng)機構行程限位開(kāi)關(guān)結構，以保證閥門(mén)幵啟、關(guān)閉的可靠性。

④超高真空閥門(mén)要加強超高真空閥門(mén)的研制和開(kāi)發(fā)。要從閥門(mén)的傳動(dòng)原理、密封材料、結構形式等入手，吸取國外同類(lèi)超高真空閥門(mén)優(yōu)點(diǎn)的基礎上， 開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。如超高真空微調閥，國內產(chǎn)品不多，滿(mǎn)足不了超高真空裝置氣流流量調節需要，要改進(jìn)加工工藝，提高這類(lèi)閥門(mén)的使用壽命。

⑤標準化和通用化要加強真空閥門(mén)標準化、 通用化工作。要在吸取國外同類(lèi)閥門(mén)*技術(shù)的基礎上，改進(jìn)閥門(mén)設計，使我國各類(lèi)真空閥門(mén)，從性能到結構、外觀(guān)能達到國外同類(lèi)閥門(mén)的*水平。除滿(mǎn)足我國真空裝置的需要外，力爭將我國的真空閥門(mén)打入 市場(chǎng)。