常州活套气动真空球阀 半导体制造真空系统

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（一）阀体

材料选择

阀体是气动真空球阀的基础部件，需承受真空环境下的压力差以及介质的冲刷。因此，通常选用具有高强度、良好密封性和低出气率的材料，如不锈钢（304、316L 等）。不锈钢材料不仅能在真空环境中长期稳定工作，防止阀体因腐蚀或变形而影响性能，还具备良好的加工性能，便于制造出高精度的阀体结构。

结构设计

阀体结构设计紧密围绕真空应用需求。其内部流道光滑且简洁，尽可能减少流道中的阻碍和死角，以降低流体在阀体内的流动阻力，确保在真空状态下介质能够顺畅通过。同时，阀体的密封性能至关重要，通过特殊的密封结构设计，如采用焊接密封或高精度的密封面加工，保证阀体在真空环境下无泄漏，维持系统的高真空度。

（二）球体

球体材料

球体作为控制介质流通的核心部件，对材料的要求极为苛刻。除了具备与阀体相似的高强度和低出气率特性外，还需具备良好的耐磨性和密封性。常见的球体材料有不锈钢表面镀硬铬或采用陶瓷材料。不锈钢镀硬铬球体在保证强度的同时，镀铬层提高了球体表面的硬度和耐磨性，使其能更好地应对介质的冲刷；陶瓷球体则具有更高的硬度、化学稳定性和极低的出气率，特别适用于对真空度和介质纯度要求场合，如半导体制造中的高纯度气体输送。

球体结构

球体通常设计为实心结构，以确保在真空环境下承受压力时不会发生变形。球体表面经过高精度加工，达到光洁度，与阀座配合时能形成良好的密封副。球体上开有与管道内径相同的通孔，当球体旋转至通孔与管道轴线重合时，阀门开启，介质可在真空系统中自由流动；当球体旋转 90°，通孔与管道轴线垂直时，阀门关闭，阻断介质流通。

（三）阀座

密封材料

阀座的密封性能直接决定了气动真空球阀的整体性能。在真空环境下，密封材料需具备极低的出气率、良好的弹性和耐磨损性能。常用的密封材料有氟橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）及其改性材料等。氟橡胶密封材料具有良好的弹性和耐老化性能，能在一定温度范围内保持稳定的密封效果；PTFE 及其改性材料则具有极低的摩擦系数和出色的化学稳定性，可有效防止介质泄漏，且能适应不同的介质特性。

阀座结构

阀座结构设计为浮动式或固定式。浮动式阀座在真空系统压力差的作用下，能自动向球体方向移动，实现更好的密封效果。当阀门关闭时，真空系统内的压力差将阀座紧紧压向球体，使阀座与球体紧密贴合，形成可靠的密封面，阻止介质泄漏。固定式阀座则通过机械固定的方式安装在阀体上，结构相对简单，适用于一些对密封性能要求相对较低、工作压力稳定的真空场合。

（四）气动执行机构

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气动执行机构是气动真空球阀实现自动化控制的关键部分。它以压缩空气为动力源，通过控制压缩空气的进出，推动活塞或膜片运动，进而带动阀杆旋转，实现球体的开闭动作。例如，当向气动执行机构的进气口通入压缩空气时，活塞或膜片在气压作用下产生位移，通过连杆机构将力传递给阀杆，阀杆带动球体旋转，使阀门开启；当切断进气并排出执行机构内的压缩空气时，活塞或膜片在复位弹簧的作用下回到初始位置，带动球体反向旋转，使阀门关闭。

控制方式

气动执行机构的控制方式多样，可根据实际应用需求进行选择。常见的控制方式有二位五通电磁阀控制、气动控制回路控制等。二位五通电磁阀控制通过控制电磁阀的通断电，实现压缩空气的换向，从而控制气动执行机构的动作，操作简单、响应迅速，适用于对阀门开闭速度要求较高的场合。气动控制回路控制则通过各种气动元件组成复杂的控制回路，可实现对阀门的精确控制，如调节阀门的开启度、实现远程控制等，适用于对阀门控制精度要求较高的工业生产和科研实验场景。

（五）阀杆

阀杆材料

阀杆负责传递气动执行机构的驱动力，驱动球体旋转，因此需要具备良好的强度、韧性和抗扭性能。在真空环境下，阀杆材料通常选用与阀体相同或相似的不锈钢材料，经过特殊的热处理工艺，提高其综合性能，确保在长期的真空环境和频繁的开关操作下，阀杆不会发生变形或断裂，保证阀门的正常运行。

密封结构

阀杆与阀体之间的密封是防止真空系统泄漏的重要环节。常见的阀杆密封结构有填料密封和波纹管密封。填料密封一般采用聚四氟乙烯、柔性石墨等低出气率的材料制成的填料，通过压紧填料对阀杆形成径向压力，实现密封。波纹管密封则利用波纹管的弹性变形来补偿阀杆的运动，同时阻止介质泄漏。波纹管密封具有密封性能可靠、无泄漏、出气率极低等优点，特别适用于对真空度要求场合，如半导体制造、真空镀膜等行业。

三、气动真空球阀的工作原理

（一）开启过程

当需要开启气动真空球阀时，控制系统发出信号，使二位五通电磁阀通电换向（以二位五通电磁阀控制为例）。压缩空气通过电磁阀进入气动执行机构的进气腔，推动活塞或膜片克服复位弹簧的阻力向外运动。活塞或膜片的运动通过连杆机构传递给阀杆，使阀杆开始旋转。由于阀杆与球体通过键或其他连接方式紧密相连，球体随之同步旋转。随着球体的旋转，球体上的通孔逐渐与管道轴线重合。当球体旋转至通孔与管道轴线一致时，阀门达到全开状态，此时真空系统内的介质可在管道内自由流动，阻力最小。在开启过程中，阀座与球体之间的密封副逐渐分离，密封力减小，直至脱离接触，介质开始流通。

（二）关闭过程

关闭气动真空球阀时，控制系统再次发出信号，使二位五通电磁阀断电复位。此时，气动执行机构进气腔内的压缩空气通过电磁阀的排气口排出，活塞或膜片在复位弹簧的作用下向内运动，带动阀杆反向旋转。随着球体的转动，球体上的通孔逐渐偏离管道轴线，真空系统内介质的流通通道逐渐减小。当球体旋转 90°，通孔与管道轴线垂直时，阀门关闭，介质被阻断。在关闭过程中，阀座与球体之间的密封副逐渐接触并压紧，密封力逐渐增大。对于浮动式阀座结构，真空系统内的压力差会进一步将阀座推向球体，增强密封效果，确保阀门在关闭状态下无泄漏，维持真空系统的高真空度。

（三）江苏有起阀门 江苏半导体真空系统气体 活套气动真空球阀 江苏化工真空蒸馏系统专用气动球阀  江苏化工真空干燥系统专用气动球阀 江苏真空燃料输送系统气动球阀 江苏制药系统真空浓缩系统专用气动球阀 江苏制药真空冷冻干燥系统专用气动球阀 密封原理

初始密封

在阀门安装调试完成后，未通入介质且处于真空环境时，阀座与球体之间通过预紧力实现初始密封。预紧力一般通过阀座的安装结构或调整垫片等方式施加，使阀座与球体紧密贴合，形成初始的密封面，阻止空气等外界介质进入真空系统。密封材料的弹性和自适应性使得初始密封更加可靠，能有效填充密封面之间的微小间隙，确保在真空环境下阀门的密封性。

工作密封

当真空系统运行时，在阀门开启状态下，虽然阀座与球体分离，但由于真空系统内的压力低于外界大气压，外界空气不会进入系统。在阀门关闭状态下，真空系统内的压力差全部作用在密封面上，形成强大的密封力。对于采用氟橡胶、PTFE 等密封材料的阀座，其良好的弹性和低渗透性使得密封面在接触介质时，不会发生泄漏，始终保持良好的密封性能。同时，球体和阀座表面的高精度加工以及紧密贴合，进一步提高了密封效果，确保真空系统的稳定运行。

四、气动真空球阀的应用范围

（一）真空镀膜行业

镀膜材料输送控制

在真空镀膜过程中，需要将各种镀膜材料（如金属、合金、氧化物等）以气态或离子态的形式输送到镀膜腔室内，沉积在基片表面形成薄膜。气动真空球阀安装在镀膜材料输送管道上，用于精确控制镀膜材料的流量和输送时间。例如，在磁控溅射镀膜工艺中，需要将金属靶材在高真空环境下离子化，并通过电场加速使其沉积在基片上。气动真空球阀可根据镀膜工艺的要求，快速开启和关闭，控制金属离子的输送量，从而精确控制镀膜的厚度和质量。

真空系统压力调节

真空镀膜设备对真空度要求，通常需要达到 10⁻³ Pa 甚至更低的真空度。气动真空球阀在真空系统中用于调节压力，通过控制阀门的开启度，可以精确控制真空系统内的气体流量，实现对真空度的微调。例如，在蒸发镀膜过程中，需要根据蒸发源的温度和镀膜速率，实时调节真空系统的压力，以保证镀膜质量的稳定性。气动真空球阀能够快速响应控制系统的指令，精确调节阀门开度，确保真空系统压力始终保持在工艺要求的范围内。

（二）半导体制造行业

高纯度气体输送

半导体制造过程中，需要使用大量的高纯度气体，如硅烷、氨气、氢气等，这些气体的纯度直接影响到半导体器件的性能和质量。气动真空球阀用于高纯度气体的输送管道，其特殊的结构设计和材料选择，能够确保在真空环境下气体的纯净度不受污染。例如，在集成电路制造过程中，硅烷气体用于生长硅薄膜，气动真空球阀安装在硅烷气体输送管道上，可精确控制气体的流量和通断，防止气体泄漏和外界杂质的混入，保证硅薄膜的生长质量。

真空工艺过程控制

半导体制造涉及多种真空工艺，如刻蚀、光刻、离子注入等。在这些工艺过程中，气动真空球阀用于控制真空系统的运行，确保工艺环境的稳定性。例如，在刻蚀工艺中，需要在高真空环境下将刻蚀气体输送到反应腔室，对硅片表面进行刻蚀。气动真空球阀安装在刻蚀气体输送管道和真空系统的各个关键部位，能够快速准确地控制气体的流量和压力，以及反应腔室的真空度，保证刻蚀工艺的精度和一致性，提高半导体器件的生产良率。

（三）科研领域

真空实验设备

在科研实验中，许多实验需要在真空环境下进行，如材料科学研究中的真空热压实验、物理实验中的粒子加速器实验等。气动真空球阀广泛应用于各类真空实验设备中，用于控制实验系统的真空度和介质流通。例如，在真空热压实验中，需要将样品在高温、高真空环境下进行加压处理，以研究材料的性能变化。气动真空球阀安装在真空系统的进气、排气和样品腔室的管道上，能够精确控制真空度的变化和气体的进出，为实验提供稳定的真空环境，确保实验结果的准确性和可靠性。

真空模拟装置

为了模拟太空、深海等环境，科研人员需要建造真空模拟装置。气动真空球阀在真空模拟装置中起着关键作用，用于控制模拟装置内的真空度和气体成分。例如，在模拟太空环境的真空舱中，需要通过气动真空球阀精确控制氮气、氧气等气体的注入量和排出量，模拟不同的气压和气体环境，为航天器的研发和测试提供实验条件。同时，气动真空球阀的快速响应和高精度控制性能，能够满足实验过程中对环境参数快速调整的需求。

（四）电子束加工行业

电子束设备真空系统

电子束加工是一种高精度的加工技术，广泛应用于航空航天、电子制造等领域。电子束设备需要在高真空环境下工作，以保证电子束的稳定性和加工精度。气动真空球阀安装在电子束设备的真空系统中，用于控制真空系统的抽气和充气过程。例如，在电子束焊接过程中，需要先将焊接腔室抽至高真空状态，然后再充入适量的保护气体。气动真空球阀能够快速准确地控制抽气和充气的速度和流量，确保焊接腔室在短时间内达到所需的真空度和气体环境，提高电子束焊接的效率和质量。

电子束蒸发过程控制

在电子束蒸发镀膜工艺中，需要将蒸发材料在电子束的轰击下蒸发，并沉积在基片表面形成薄膜。气动真空球阀用于控制蒸发材料的输送和蒸发腔室的真空度。例如，在制备光学薄膜时，需要精确控制蒸发材料的蒸发速率和真空度，以保证薄膜的光学性能。气动真空球阀通过精确控制蒸发材料的输送管道和真空系统的阀门开度，实现对蒸发过程的精确控制，确保光学薄膜的质量和性能符合要求。

（五）其他领域

真空冷冻干燥行业

在真空冷冻干燥过程中，需要将物料在低温、高真空环境下进行干燥处理，以保留物料的营养成分和活性。气动真空球阀用于控制真空冷冻干燥设备的真空系统，调节真空度和水蒸气的排出量。例如，在药品冷冻干燥过程中，需要根据药品的特性和干燥工艺的要求，精确控制真空度和干燥时间。气动真空球阀安装在真空系统的管道上，能够快速响应控制系统的指令，调节阀门开度，确保药品在真空环境下进行干燥，保证药品的质量和稳定性。

真空包装行业

真空包装广泛应用于食品、药品、电子产品等领域，以延长产品的保质期和保护产品不受污染。气动真空球阀在真空包装设备中用于控制真空系统的抽气和充气过程。例如，在食品真空包装过程中，需要先将包装腔内的空气抽出，然后再充入氮气等保护气体。气动真空球阀能够快速准确地控制抽气和充气的时间和流量，确保包装腔内达到所需的真空度和气体环境，提高真空包装的效率和质量，保证食品的新鲜度和安全性。