CN107466316B - 真空泵润滑剂 - Google Patents

Abstract

本发明构思针对包括转子和定子的真空泵，其中转子被金属轴承（例如钢轴承）支撑以允许转子相对于定子的相对旋转。液体PFPE润滑剂复合物被提供以润滑轴承，其中所述润滑剂还包括悬浮在液体润滑剂中的固体润滑剂。固体润滑剂可包括石墨、石墨烯和二硫化钼中的任一种或多种。换句话说，发明构思围绕被润滑的轴承，所述轴承布置成在低于大气压的条件下将旋转轴支撑在本体中，其中用于润滑所述轴承的润滑剂包括具有低蒸汽压力的液体PFPE润滑剂、以及保持悬浮在所述液体润滑剂中的固体润滑剂。固体润滑剂可包括石墨、石墨烯和二硫化钼中的任一种或多种。

Description

真空泵润滑剂

技术领域

本发明涉及真空泵润滑剂，并且特别地涉及用于润滑真空泵中的轴承的润滑剂***和复合物。

背景技术

真空泵通常包括叶轮，所述叶轮呈安装在转子轴上以用于相对于周围的定子旋转的转子的形式。转子轴由轴承装置支撑，所述轴承装置可包括两个轴承，所述轴承位于所述轴的相应两端处或相应两端中间。这些轴承之中的一者或二者可为滚子轴承。

典型的已知的滚子轴承包括相对于转子轴固定的内座圈、外座圈和多个滚动元件，所述滚动元件位于内座圈和外座圈之间，用于允许所述内座圈和所述外座圈的相对旋转。为防止滚动元件之间的相互接触，滚动元件通常由保持架引导并均匀地间隔开。足够的润滑对于保证滚子轴承的精确且可靠的操作是必要的，润滑剂的主要目的是建立在滚动接触和滑动接触时分离轴承部件的承载膜，以使摩擦和磨损最小化。其他目的包括防止轴承部件的氧化或腐蚀、形成污染物的屏障以及将热量传递离开轴承部件。

润滑剂通常为油或脂（油和增稠剂的混合物）的形式。然而，某些润滑剂不适合于某些真空泵构造和真空泵在其上运行的某些应用。特别地，一些工业应用需要真空泵在对该泵正在抽真空的腔室中不造成任何污染的前提下运行。作为结果，具有低蒸汽压力的烃类油可被认为适合在真空泵机构中使用。然而，真空泵设计者还必须考虑在对腔室抽真空期间传送通过泵的气体的化学性质。因此，必须选择不会与传送通过泵的气体发生化学反应的润滑剂。还需要对泵的操作温度作进一步考虑。润滑剂具有最佳操作温度参数区间，公知的是，一些润滑剂在其被暴露于高于阈值的操作温度时会降解。

例如，在某些半导体产品的制造中，在处理腔室内需要超净环境。这可通过使用所谓的干式真空泵来实现，在所述干式真空泵中所述泵的扫掠体积不存在用于密封泵转子和定子之间的间隙的任何密封流体。这样的干式真空泵还使用球轴承以帮助转子轴旋转。轴承还需要在降低压力的环境中操作。因此，为了尽力防止污染被抽真空的腔室，合成润滑剂被用于润滑轴承，否则，如果某些烃类润滑剂被用于润滑轴承则可能污染被抽真空的腔室。此外，某些合成润滑剂的化学稳定性和操作温度范围使得此类型的润滑剂成为用于真空泵的有吸引力的提议。适用于半导体处理应用的具有适合化学惰性性质的适合的合成润滑剂包括统称为全氟聚醚（PFPE）的复合物。另外，公知的是，一些PFPE复合物具有适合的低蒸汽压力，从而使得这样的复合物适合于真空应用。这样的复合物的一个示例以注册商标FOMBLIN进行销售。

然而，相比于烃类复合物润滑剂（如上文所述，其不适合于在真空泵中使用），目前使用在真空应用中的已知合成润滑剂展现相对差的润滑特性。作为结果，当使用PFPE润滑剂时，传统的钢轴承不提供最佳性能。因此，可使用不同的轴承材料以提高轴承寿命和稳健性。例如，已经发现当连同PFPE润滑剂一起使用时，陶瓷球轴承能够提供足够的性能。然而与金属轴承或钢轴承相比，这样的陶瓷轴承相对昂贵。此外，由于与钢轴承或金属轴承相比陶瓷轴承的轴承性能不同，陶瓷轴承的使用可能会限制泵部件的设计和操作特性。

发明内容

存在降低真空泵轴承和润滑剂的成本的需求。

为了解决这种需求，本发明构思针对的是包括转子和定子的真空泵，其中所述转子被金属轴承（例如钢轴承）支撑以允许转子相对于定子的相对旋转。液体PFPE润滑剂复合物被提供以润滑轴承，其中所述润滑剂还包括悬浮在液体润滑剂中的固体润滑剂。固体润滑剂可包括石墨、石墨烯和二硫化钼中的任一种或多种。换句话说，发明构思围绕被润滑的轴承，所述轴承布置成在低于大气压的条件下将旋转轴支撑在本体中，其中用于润滑所述轴承的润滑剂包括具有低蒸汽压力的液体PFPE润滑剂、以及保持悬浮在所述液体润滑剂中的固体润滑剂。固体润滑剂可包括石墨、石墨烯和二硫化钼中的任一种或多种。

更特别地，提供了一种真空泵，所述真空泵包括：安装在定子内部的转子；设置在转子的轴上的至少一个滚子轴承装置，用于允许转子相对于定子的旋转；以及润滑剂源，所述润滑剂源布置成向滚子轴承提供润滑剂复合物，其中所述润滑剂复合物包括液体和固体成分，所述液体成分包括PFPE润滑剂，所述固体成分包括保持悬浮在液体成分中的石墨、石墨烯或二硫化钼中的一者或多者。

在本发明的另一个方面中，提供了一种包括固体成分和液体成分的真空泵润滑剂，所述固体成分形成在液体成分中的悬浮物，其中所述液体成分是PFPE润滑剂，且所述固体成分是石墨、石墨烯或二硫化钼中的任一种。

作为结果，本发明的这些方面为上文中讨论的问题提供一种低成本的解决方案。因为所述固体润滑剂形成在金属轴承的运动部分上的材料层，从而当与使用由低蒸汽压力合成润滑剂润滑的金属轴承相比时，使轴承的操作寿命大大延长，所以保持悬浮在所述液体润滑剂中的所述固体成分使得能够使用金属滚子轴承。换句话说，在PFPE真空润滑剂中添加固体润滑剂使得真空泵能够使用金属（钢）滚子轴承，这与迄今为止所被使用的更加昂贵的陶瓷轴承形成对比。作为结果，制造和运转包含本发明的真空泵的成本可被显著降低。

具体实施方式

现在通过示例来描述本发明的实施例。技术人员理解，发明构思不局限于在本文中所描述的实施例，在不超出本总体发明构思范围的前提下，可使用其他替代性的实施例。

FOMBLIN ®是一种已知的合成PFPE润滑剂，可被用于真空应用中。特别地，此润滑剂被用于真空泵中以润滑设置在泵的转子和定子之间的滚子轴承。然而，通常来说，FOMBLIN ®在结合陶瓷轴承被使用的真空泵应用中最有效，以便达到足够的轴承性能。

人们相信，当固体润滑剂以悬浮形式添加到FOMBLIN ®中时，FOMBLIN ®现在可被有效地用于具有金属滚子轴承或钢滚子轴承的真空泵中。添加固体润滑剂被认为会在钢轴承部件之间提供附加的润滑层，以使钢轴承的操作寿命延长到如此程度以致在真空泵应用中使用钢轴承是经济上可行的。

固体润滑剂可包括呈粉末（powered）形式的石墨、二硫化钼或石墨烯。固体润滑剂保持悬浮在液体润滑剂（例如，FOMBLIN ®）中。固体润滑剂和液体润滑剂的比率取决于泵设计和所述泵所被用于的工业应用。例如，在相对严苛的半导体制造过程中使用泵，则当相比于相对轻松的操作周期时可能需要更高/更低的固体润滑剂浓度，在所述相对严苛的半导体制造过程中，强腐蚀性气体在处理期间传送通过真空泵。另外，如果真空泵在很长时间段内（例如数月或者甚至数年）连续运转，则当相比于具有相对轻松的操作周期的泵时可能需要更多固体润滑剂。固体润滑剂与液体PFPE的比率将在以固体材料与液体润滑剂的体积比率计的浓度水平0.001%至10%范围内，或者更特别地在0.01%至1%范围内，这取决于真空泵的应用。

在真空泵中，上文所述的润滑剂可在润滑剂源和再循环回路内被循环遍及需要润滑的部件。包含保持悬浮的固体润滑剂的液体润滑剂被储存在润滑剂容器中，所述液体润滑剂从此处在重力作用下或者借助于适合的润滑剂泵可被输送到需要润滑的轴承。

通常当转子被安装在泵的定子中时，轴承被设置在转子轴上以允许转子的旋转。所述轴承为已知的球轴承装置，其包括内座圈和外座圈且球轴承设置在内座圈和外座圈之间。使用保持架来定位钢球并使钢球之间保持适当的间隔，并且允许轴承以通常方式运行。球上需要润滑剂以在维护间隔之间保持泵的操作。

因此，润滑剂（包括固体和液体成分二者）通过润滑剂回路被提供到轴承并返回到润滑剂容器。作为结果，润滑剂能够持续地循环到需要润滑的部件。为了保持固体润滑剂悬浮在液体中，可能需要一种用于搅拌润滑剂的装置。搅拌装置可包括被驱动的搅拌器，或者润滑剂的再循环可被设计为经过如下部件，该部件在润滑剂流中造成湍流以搅拌悬浮液并从而保持固体润滑剂悬浮。

本发明不局限于FOMBLIN ®，可使用其他类型的合成润滑剂。其他适合的润滑剂包括在商标KRYTOX ®和KLUEBER ®下销售的润滑剂。另外，可以使用适合的粉末形式的改性的或不同的固体润滑剂。例如，在石墨烯的情形中，石墨烯可通过适当的分子团或分子链功能化，以帮助石墨烯在PFPE油中的扩散。例如，取决于需求，氟化长链烃类，可能包括氟化有机硫醇，可能是适合的。此外，石墨悬浮物可包括粉末状的石墨，或形成微结构的石墨，例如球状富勒烯（所谓的巴基球）或圆柱状富勒烯（例如碳纳米管）。

Claims (8)

1.一种真空泵，包括：

安装在定子内部的转子；

至少一个滚子轴承装置，其设置在转子的轴上以允许所述转子相对于所述定子的旋转；

润滑剂源，其布置成向滚子轴承提供润滑剂复合物，其中所述润滑剂复合物包括液体和固体成分，所述液体成分包括PFPE润滑剂，所述固体成分包括保持悬浮在所述液体成分中的石墨烯，其中所述石墨烯通过氟化有机硫醇被功能化以改善在液体成分中的扩散。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其中所述滚子轴承装置包括设置在内座圈和外座圈之间的金属球轴承，所述座圈由金属制成。

3.根据权利要求1所述的真空泵，其中所述液体成分包括用于在低于大气压的压力下使用的具有低蒸汽压力的PFPE复合物。

4.根据权利要求1所述的真空泵，其中所述固体成分是所述PFPE润滑剂的总体积的0.001%至10%。

5.根据权利要求4所述的真空泵，其中所述固体成分是所述PFPE润滑剂的总体积的0.01%至1%。

6.根据权利要求1所述的真空泵，其中所述固体成分还包括石墨和二硫化钼中的至少一个。

7.一种真空泵润滑剂，包括：

固体成分；以及

液体成分，其中所述固体成分保持悬浮在所述液体成分中，并且其中所述液体成分为PFPE润滑剂，并且所述固体成分包括石墨烯，其中所述石墨烯通过氟化有机硫醇被功能化以改善在液体成分中的扩散。

8.根据权利要求7所述的真空泵润滑剂，其中所述固体成分还包括石墨和二硫化钼中的至少一个。