《真空物理基础》课件

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1、真空物理基础苟伟一、真空基础内容提要：★什么是真空？（工业标准的真空）★真空的衡量（单位及换算关系）★真空的划分（低、中、高和超高真空）★真空的获得（泵的类型，泵的原理及真空系统）★真空的测量（各种常见真空测量装置）★真空的应用（真空在各个领域的应用）★镀膜领域中的真控技术真空的定义1大气压下气体分子密度约为2.687×1025/m3；气压1×10-4Pa的高真空中，气体分子密度约为2.65×1016/m3；……宇宙中，气体分子密度﹤109/km3，甚至每km3只有几个气体分子。按照工业标准的规定，真空绝不是“完全空”，而是一种“低于一个标准大气压的气体充满空间的状态”。由此可

2、知，工业领域所说的真空，与我们平时想象中的“完全空”的真空相差十万八千里。空无一物的理想真空，实际上是不存在的。真空真的是“什么都没有”吗?气体分子密度可以接近于零，却不是零。真空现象1、从地球表面向外空延伸，离地面距离越远，空气越稀薄；2、宇航员在外空间时都必须穿上太空服，一方面就是为了防止宇航员被负压伤害。3、气相薄膜沉积过程中的真空容器；4、霓虹灯管或日光灯管；5、AES，XPS，SEM，TEM等设备……其中，1和2属于自然真空，3-5属于人为真空。人为真空需要通过真空泵系统来实现。真空的衡量真空是一种环境，其衡量单位就是气体压力，压力值越低，真空度就越高常用单位有：（1

3、）Pa,（2）mbar,（3）Torr(mTorr)压强单位换算关系表单位名称帕/Pa托/Torr毫巴/mbar大气压/atm1帕17.501×10-310-29.869×10-61托1.333×10211.333×10-１1.315×10-31毫巴1027.501×10-１19.869×10-41大气压1.013×105760.001.013×1031真空的意义①MonolayerCoverageTimeForanidealgas,thetimeneededformonolayercoverageisgivenby:tML1019/ZAwhereZAisimpingemen

4、trate.②ImpingementRate(Flux)Foranidealgas,theimpingementrateisgivenby:ZA=ρv/4where,ρ-thenumberdensityofgasmoleculesv-themeanvelocity不同真空条件下气体分子的状态DegreeofVacuumPressure(Torr)GasDensity,ρ(moleculesm-3)MeanFreePath(m)Time/ML,tML(s)Atmospheric7602x10257x10-810-9Low13x10225x10-510-6Medium10-33

5、x10195x10-210-3High10-63x1016501UltraHigh10-103x10125x105104Collision-FreeConditions:P~10-6TorrMaintainaCleanSurface:P~10-10Torr真空的划分真空等级真空度范围备注低真空105~102Pa气态空间近似为大气状态，分子以热运动为主，分子间碰撞十分频繁中真空102~10-1Pa气体分子的流动逐渐从黏流状态向分子状态过渡，此时气体分子之间和分子与器壁之间的碰撞次数差不多高真空10-1~10-5Pa气体分子的流动已为分子流，气体分子与容器壁之间的碰撞为主，而且碰撞

6、次数大大减少，粒子沿直线飞行超高真空＜10-5Pa气体分子数目很少，几乎不存在分子间的碰撞，分子与器壁的碰撞机会也很少根据GB3163－82，真空区域大致划分如下：真空的获得常用真空泵的工作压强范围及起动压强：真空泵种类工作压强范围（Pa）起动压强（Pa）旋片式机械真空泵1×105～6.7×10-11×105罗茨真空泵1.3×103～1.31.3×103分子筛吸附泵1×105～1.3×10-11×105油扩散泵1.3×10-2～1.3×10-71.3×10涡轮分子泵1.3～1.3×10-51.3溅射离子泵1.3×10-3～1.3×10-96.7×10-1钛升华泵1.3×10-2

7、～1.3×10-91.3×10-2低温泵1.3～1.3×10-111.3～1.3×10-1低真空泵或初抽泵高真空泵超高真空泵备注：红色字体为气体传输泵，即通过将气体不断吸入并排出真空泵达到抽气的目的；其余的为气体捕获泵，利用各种吸气材料所特有的吸气作用吸出气体达到目的。真空泵型号及代码含义真空泵型号及规格的表示方法根据中华人民共和国机械行业标准JB/T7673-95的规定，国产各种真空泵是由基本型号和辅助型两部分组成，两者中间为一横线。其表达型式为123—456。格中数字123表示基本型号，