Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm hút chân không Turbo

Giới thiệu về bơm hút chân không Turbo

Bơm hút chân không Turbo (Turbomolecular Vacuum Pump) là loại bơm chân không cao cấp, chuyên dùng để tạo chân không cao đến siêu cao (High Vacuum – Ultra High Vacuum), thường đạt mức từ 10⁻⁵ đến 10⁻⁹ mbar.

Loại bơm này được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: bán dẫn, phủ màng PVD/CVD, phân tích khối phổ, lò chân không, thiết bị nghiên cứu và công nghệ plasma

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm hút chân không Turbo

Bơm hút chân không Turbo là gì?

Bơm chân không turbo hoạt động dựa trên nguyên lý động học phân tử, khác hoàn toàn với bơm chân không cơ học truyền thống. Thay vì “nén khí”, bơm turbo gia tốc và định hướng các phân tử khí bằng các cánh quay tốc độ cực cao, đẩy chúng về phía cửa xả.

👉 Lưu ý: Bơm turbo không thể hoạt động độc lập, mà luôn cần bơm sơ cấp (bơm backing) như bơm cánh gạt dầu hoặc bơm khô để tạo áp suất ban đầu.

Cấu tạo của bơm hút chân không Turbo

Một bơm turbo tiêu chuẩn gồm các bộ phận chính sau:

1. Cụm cánh Rotor (Rotating Blades)

Là các đĩa cánh quay với tốc độ rất cao (20.000 – 90.000 vòng/phút)
Được gia công chính xác, thường làm từ hợp kim nhôm hoặc titan
Có nhiệm vụ va chạm và truyền động năng cho phân tử khí

2. Cụm cánh Stator (Stationary Blades)

Là các cánh cố định đặt xen kẽ giữa các rotor
Định hướng chuyển động của phân tử khí
Tăng hiệu suất nén theo chiều dọc trục bơm

3. Động cơ tốc độ cao

Thường là động cơ không chổi than
Điều khiển bằng bộ driver điện tử
Có cảm biến tốc độ và bảo vệ rung

4. Hệ thống ổ trục (Bearing system)

Có thể là:
- Ổ bi gốm bôi trơn dầu mỡ
- Ổ trục từ (magnetic bearing – không tiếp xúc)
Ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và độ sạch chân không

5. Cổng hút và cổng xả

Cổng hút: Kết nối buồng chân không (ISO-K, CF, NW)
Cổng xả: Kết nối bơm sơ cấp

6. Bộ điều khiển Turbo Controller

Cấp nguồn và điều khiển tốc độ
Giám sát nhiệt độ, rung, quá dòng
Cho phép giao tiếp tín hiệu (RS232, Ethernet, Analog)

Nguyên lý làm việc của bơm hút chân không Turbo

Nguyên lý làm việc của bơm turbo gồm các bước sau:

Bước 1: Tạo chân không sơ cấp

Bơm backing hút áp suất xuống khoảng 1–10 mbar
Điều kiện bắt buộc để bơm turbo khởi động an toàn

Bước 2: Rotor quay tốc độ siêu cao

Rotor quay với vận tốc đầu cánh lên tới 300–500 m/s
Tốc độ này cao hơn nhiều so với vận tốc nhiệt của phân tử khí

Bước 3: Truyền động năng cho phân tử khí

Phân tử khí va chạm vào cánh rotor
Bị đẩy theo hướng từ cổng hút → cổng xả
Quá trình diễn ra theo từng tầng rotor–stator

Bước 4: Khí được xả về bơm sơ cấp

Phân tử khí sau khi bị “nén động học” sẽ thoát ra cửa xả
Bơm backing tiếp tục hút và thải ra môi trường

👉 Điểm mấu chốt:
Bơm turbo không nén khí theo thể tích, mà định hướng và gia tốc phân tử khí.

Ưu điểm của bơm hút chân không Turbo

Tạo được chân không rất cao
Độ sạch cao, phù hợp ngành bán dẫn
Ít rung, độ ổn định tốt
Hoạt động liên tục, chính xác

Nhược điểm của bơm Turbo

Giá thành cao
Nhạy cảm với bụi và hơi ẩm
Bắt buộc dùng bơm sơ cấp
Yêu cầu vận hành đúng quy trình

Ứng dụng của bơm hút chân không Turbo

Máy phủ màng PVD, CVD
Thiết bị phân tích khối phổ (Mass Spectrometer)
Lò chân không nhiệt độ cao
Máy gia tốc hạt
Hệ thống plasma, etching

Nhiều hãng nổi tiếng trên thế giới cung cấp bơm turbo như Edwards, Pfeiffer Vacuum, Leybold hay ULVAC.

Kết luận

Bơm hút chân không turbo là trái tim của các hệ thống chân không cao, với cấu tạo tinh vi và nguyên lý làm việc dựa trên động học phân tử. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động giúp người vận hành sử dụng đúng cách, kéo dài tuổi thọ bơm và đảm bảo chất lượng chân không ổn định.