真空泵的工作原理是什么

更新时间：2025-12-09

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真空泵的核心工作逻辑是通过特定结构改变泵腔容积或利用气体分子运动规律，实现气体的吸入、压缩与排出，从而在目标容器内形成真空环境。不同类型的真空泵工作原理差异较大，可分为气体传输泵和气体捕集泵两大类，具体如下：

气体传输泵（主流类型，通过机械动作输送气体）

旋片式真空泵
泵腔内部有一个偏心安装的转子，转子上嵌有可伸缩的旋片（通常由弹簧或离心力驱动）。当转子旋转时，旋片紧贴泵腔内壁，将泵腔分隔成多个可变容积的小腔室：
水环式真空泵
泵壳内注入一定量的水作为工作液，叶轮偏心安装在泵腔内。当叶轮高速旋转时，水在离心力作用下被甩向泵壳内壁，形成一个与泵壳同心的水环，水环与叶轮轮毂之间形成月牙形的封闭腔室，且该腔室被叶轮叶片分成若干个小腔：
罗茨真空泵
泵腔内有两个 8 字形的转子，由同步齿轮驱动实现反向同步旋转，且转子与泵腔、转子之间保持微小间隙（无接触）：
干式螺杆真空泵
泵腔内有两根相互啮合、反向旋转的螺杆（阴阳螺杆）。螺杆旋转时，进气端的气体被截留在螺杆的螺槽内，随着螺杆转动，螺槽容积逐渐缩小，气体被压缩并向排气端推送，最终从排气口排出。因无需油或水等工作液密封，属于无油真空泵，适用于洁净、易燃易爆或腐蚀性气体的抽排。
涡轮分子泵
基于气体分子动量传递原理工作，泵内有多层动叶轮和静叶轮（定子），动叶轮由高速电机驱动（转速可达数万转 / 分钟）。当气体分子进入泵内，会被高速旋转的动叶轮撞击，获得与叶轮相同方向的运动速度，进而被推向静叶轮，经过多层叶轮的逐级传输，气体最终被压缩至排气口，由前级泵抽走。它能获得超高真空，常用于半导体、科研等高真空需求场景。

吸气阶段：转子转动时，进气侧的空间容积扩大，气体被吸入转子与泵腔形成的封闭腔室；
输送阶段：转子带着封闭腔室内的气体向排气侧移动，此过程中气体无压缩；
排气阶段：当封闭腔室与排气口连通时，排气侧的高压气体回流对腔内气体进行压缩，随后气体被排出。
罗茨真空泵通常需搭配前级泵（如旋片泵、水环泵）使用，不能单独抽大气，主要用于提升真空系统的抽气速率和极限真空。
吸气阶段：小腔容积从最小逐渐变大，压力降低，通过吸气口吸入气体；
压缩阶段：叶轮继续转动，小腔容积从zui大逐渐缩小，气体被压缩；
排气阶段：当小腔容积缩小到最小，气体压力达到排气压力时，通过排气口排出。
其工作液也可根据工况换成其他液体（如油、硫酸），对应称为液环真空泵。
吸气阶段：小腔室容积逐渐增大，内部压力降低，被抽容器内的气体随之流入；
压缩阶段：转子继续转动，小腔室容积缩小，气体被压缩，压力升高；
排气阶段：当气体压力超过排气口的大气压和排气阀弹簧力时，排气阀打开，气体被排出泵外。
泵腔内会填充真空油，起到密封、润滑和冷却作用，因此也叫油润滑旋片泵。

气体捕集泵（通过物理 / 化学作用吸附气体，无气体排出）

低温泵
利用低温表面（通常由液氮或液氦冷却至 10-20K 甚至更低）对气体分子进行冷凝或吸附：泵内的低温板会将气体分子冷却并冻结在其表面，从而实现对被抽容器的抽气。它能获得ji高的极限真空，且无油污染，适用于对洁净度要求ji高的科研和半导体工艺。
溅射离子泵
泵内充有惰性气体（如氩气），通过高压电场使氩气电离，产生的氩离子轰击钛阴极，溅射出钛原子并沉积在泵壁和阳极上。钛是活性金属，能与被抽气体分子（如氧气、氮气、氢气）发生化学吸附，同时气体分子也会被电离后吸附到阳极上，从而实现抽气。其无油、无振动，常用于超高真空的科研装置和航天设备。