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半导体是社会不可或缺的一部分，由于消费电子设备的使用和消费不断增加，加上工业中 AI 的使用迅速增长，半导体的需求也在增加。此外，当今对更多可再生能源的需求以及因此对太阳能电池半导体的需求正在对该行业的整体增长做出重大贡献。 制造半导体需要低于 10 -7毫巴的超高真空环境，以确保没有污染风险，而真空泵是创造合适气氛的关键设备。泵设计的一个关键部件是轴承系统。下面探讨了推动新型真空泵设计的四个主要趋势以及轴承的注意事项。

通常有两种类型的泵——前级真空泵，可将大气压力降至 10 -3毫巴，然后是涡轮分子泵 (TMP)，通常在低至 10 -9 毫巴 的超高真空水平下运行。在后一种应用中，轴承通常需要高速工作。

一、然而，无论泵类型如何，都存在一些共同的挑战：

1、能源效率

为了降低能耗并尽可能高效地运行，泵制造商正在考虑设计具有更高功率密度的泵。但是，需要考虑从系统获取能量的寄生损耗。轴承系统中的寄生损失主要归因于滚珠和滚道之间的摩擦以及轴承中的润滑所产生的摩擦力矩。它们可以通过减小轴承尺寸和减少滚珠数量来减少，这也增加了轴承的速度能力，因此泵可能能够运行得更快或更有效。

然而，这带来了挑战，因为轴承上的载荷相同，但轴承支撑这些载荷的能力降低了。这可以通过寻找具有改进性能（即疲劳强度和耐磨性）的替代材料来克服，例如 SV30 ? ， 一种马氏体全硬化高氮耐腐蚀钢。

2、长寿

可靠性是延长使用寿命和减少停机时间的基础。通过结合使用专业材料、热处理和表面涂层，可以设计出在这些恶劣环境中通常运行五年而不会出现故障的轴承。当前的“终生润滑”轴承技术可以在超过 800,000 nm 的高速下持续提供 30,000 小时以上的使用寿命。

先进的涂层和表面处理可应用于轴承以对抗摩擦、防止腐蚀和减少磨损。热处理尤为重要。在高温下，轴承钢中残留的 奥氏体 会对轴承的尺寸稳定性产生负面影响，导致轴承膨胀，从而导致过早失效。未经热处理的轴承钢中的残余奥氏体含量约为 3 – 4%，但经过特殊热处理后，残余奥氏体含量可降至仅 0.1%。这在高温下提供了更好的性能，并最终提供了一个寿命更长的更可靠的系统。

陶瓷（氮化硅）球由于其固有的机械性能而具有卓越可靠的长寿命性能的另一种材料。使用陶瓷球代替钢球可以通过多种方式从根本上改善轴承性能。由于陶瓷球比钢球轻 60%，而且它们的表面光洁度几乎完美光滑，因此它们的振动水平比传统钢球轴承低 2 到 7 倍。陶瓷混合轴承还可以在显着降低的工作温度下运行，从而使运行速度提高多达 40% 至 50%。较低的工作温度有助于延长润滑剂的使用寿命。事实证明，陶瓷球轴承的使用寿命比传统钢球轴承长五倍。

轴承精度在效率和可靠性方面也起着重要作用，精度等级与轴承寿命之间存在直接关系。具有最高公差的轴承提供最高的精度水平和更长的使用寿命。泵制造商应注意至少分类为 ISO P4S (ABEC 7) 的轴承作为标准，以确保它们提供最佳性能。

3、伙伴关系和支持

泵制造商越来越需要的不仅仅是一种产品。他们比以往任何时候都更需要与供应商建立伙伴关系。泵送系统非常复杂，参数众多，轴承元件的真正合作伙伴可以为系统的计算和建模提供全面支持。例如，一旦轴承进入鉴定阶段并进行测试，就可以将其退回给供应商以进行性能检查和运行证明。将建模留给轴承专家还可以让泵设计师腾出时间专注于他们的优势和日常任务。

二、结论

随着对半导体的需求增加和当前的经济环境，对泵提出了各种要求，即提高效率和确保可靠性。选择与传统轴承相比使用寿命更长的专业轴承意味着干式泵和 TMP 泵等泵可以以其最高性能水平运行多年。

精密轴承也有助于整体降低系统总成本。在计算频繁更换轴承的间接成本时——不仅包括库存，还包括机器停机时间、生产力损失和劳动力——成本节约潜力变得巨大。

三、联系我们

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