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1、第1期真空451999年2月Vacuum2VacuumTechnologyandMaterial真空技术及应用系列讲座东北大学真空工程博士点,博士导师杨乃恒先生主持第一讲:真空科学的发展及其应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯李云奇95(2)第二讲:真空物理基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯张世伟95(3)第三讲:机械真空泵(一)(二)(三)(四)(五)(六)⋯张以忱95(4)、(5)、(6)、96(1)、(2)、(3)第四讲:蒸汽流真空泵⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯姚民生96(4)第五讲:气体捕集
2、式真空泵⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯徐成海96(5)第六讲:真空测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯刘玉岱96(6)、97(1)、(2)、(3)、(4)第七讲:真空检漏⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯关奎之97(5)、(6)、98(1)、(2)、(3)第八讲:真空系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯王继常98(4)、98(5)、99(1)第八讲:真空系统设计王继常(东北大学)(上接1998年第6期第50页)3(3)大气通过容器壁结构材料向真空室内渗透的气体流量,以QsPa·mös表示。渗透的气流量即是大气通过容器壁结构材
3、料扩散到容器中的气体流量。气体的这种渗透是有选择性的,例如:氢只有分离为原子才能透过钯、铁、镍和铝;氢对钢的渗透将随钢中含碳量的增加而增加。氦分子能透过玻璃。氢、氮、氧和氩、氖、氦能透过透明的石英。一切气体都能透过有机聚合物,如橡胶、塑料等。但是所有的隋性气体都不能透过金属。除了有选择性之外,渗透气流量Qs还与温度、气体的分压强有关。在材料种类、温度和气体分压强确定时,渗透气流量Qs是个微小的定值。3(4)液体或固体蒸发的气体流量QzPa·mös。空气中水分或工艺中的液体在真空状态下蒸发出来,这是在低真空范围内常常发生的现象
4、。在高真空条件下,特别是在高温装置中,固体和液体都有一定的饱和蒸气压。当温度一定时,材料的饱和蒸气压是一定的,因而蒸发的气流量也是个常量。(5)大气通过各种真空密封的连接处,通过各种漏隙通道泄漏进入真空室的漏气流量QL3Pa·mös。对于确定的真空装置,漏气流量QL是个常数。漏气流量通常可通过所说的压升率,即单位时间内容器中的压强增长率Px来计算3QL=VPxPaõmös(28)3式中,V是容器的容积,m;Px是容器中的压升率,Paös。当真空泵启动之后,真空系统即对被抽容器抽气。此时,真空系统对容器的有效抽速若以Se表示,
5、容器中的压力以P表示,则单位时间内系统所排出的气体流量即是SeP。容器中的压强变化率为dP,容器内的气体减少量即是VdP。根据动态平衡,可列出如下方程:dtdtdPV=-SeP+Qf+Qs+Qz+QL(29)dt这个方程称为真空系统抽气方程。式中V是被抽容器的容积,由于随着抽气时间t的增长,容器内的压力P降低,所以容器内的压强变化率dP是个负值。因而VdP是个负值,这表示容器dtdt46真空第1期内的气体减少量。放气流量Qf,渗透气流量Qs,蒸发的气流量Qz和漏气流量QL都是使容器内气体量增多的气流量。SeP则是真空系统将容
6、器内气体抽出的气流量,所以方程中记为-SeP。对于一个设计、加工制造良好的真空系统,抽气方程(29)中的放气Qf、渗气Qs、漏气QL和蒸气Qz的气流量都是微小的。因此抽气初期(粗真空和低真空阶段)真空系统的气体负荷主要21是容器内原有的空间大气。随着容器中压强的降低,原有的大气迅速减少,当抽空至1～10Pa时,容器中残存的气体主要是漏放气,而且主要的气体成分是水蒸汽。如果用油封式机械泵抽气,则试验表明,在几十～几Pa时,还将出现泵油大量返流的现象。21低真空抽气时间的计算从大气压开始到0.5Pa范围的抽气,我们统称为低真空抽
7、气阶段。这一阶段的抽气通常用油封式机械真空泵或分子筛吸附泵来完成。一般来说,油封机械泵的特性是在大气压到2210Pa时抽速近似为常数,在10～0.5Pa时抽速变化较大,而对于吸附泵,5A分子筛在室温下由大气压到0.5Pa时对氮气的吸附速率近于常数;在液氮温度下,由大气压到1Pa时,对氮气的吸附量近似于常数。因此,对于低真空阶段抽气可分为近似常抽速和变抽速两种情况来分别考虑。(1)近似常抽速时,抽气时间的计算2油封机械泵在大气压到10Pa范围内抽速近似为常抽速。在这一阶段抽气过程中,系统内的压强较高,排气量较大,即使系统内有些
8、微小的漏气和放气,影响也不大,可以忽略漏气、放气、蒸发和渗透的气流量。忽略这些微小的气流量之后,抽气方程(29)变为dPV=-SeP(30)dt①不考虑管道影响和漏放气时抽气时间的计算通常,被抽容器的出口到真空泵入口之间有连接管路。连接管路的影响是使得系统对真空容器的有效抽速Se低于真空泵
