真空技术基础(基础培训)

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1、基础篇基础篇真空技术基础真空技术基础FundamentalsofVacuumTechniquesFundamentalsofVacuumTechniquesQing-YuZhangStateKeyLaboratoryofMaterialsModificationbyLaser,IonandElectronBeamsDalianUniversityofTechnology,Dalian116024,ChinaWebsite://202.118.70.130;Emailto:qyzhang@dlut.edu.cn真空的基本概念真空的基本

2、概念∑∑真空的单位真空的单位⎯大气压(atm):标准的大气压力定义为1atm⎯帕(Pa):N/m2(常用单位：Pa)⎯巴(Bar):Dy/cm2,(常用单位：mBar)⎯乇(Torr):1/760atm,(常用单位：Torr)atmPaBarTorratm11.013×1051.013760Pa0.987×10-511×10-57.5×10-3Bar0.9871×1051750Torr1.33×10-31331.33×10-31真空的基本概念真空的基本概念∑∑真空的划分真空的划分⎯大气:760Torr≈1×105Pa⎯低真空:1to

3、1x10-3Torr(100∼0.1Pa)⎯中真空:1x10-3to1x10-6Torr(0.1∼10-4Pa)⎯高真空:1x10-6to1x10-9Torr(10-5∼10-7Pa)⎯超高真空:<1x10-9Torr(<10-7Pa)真空的基本概念真空的基本概念°大气(1×103mbar):2.4×1019/cm3∑∑真空与分子运动真空与分子运动°低真空(10-2mbar):2.4×1014/cm3⎯气体的密度:°高真空(10-6mbar):2.4×1010/cm3理想气体方程:vp=NRT°超高真空(10-10mbar):2.4

4、×106/cm3单位体积的分子数:n∼1/cm3,p∼mbar,CO分子n=p/kT=7.2464×1018p/T°大气(1×103mbar):0.94×10-5cm°低真空(10-2mbar):0.94×100cm⎯气体分子的平均自由程:°高真空(10-6mbar):0.94×104cmλ=f/nσ2f=1/π×20.5°超高真空(10-10mbar):0.94×108cmCO分子:λ=2.25×1014/n(cm)真空的基本概念真空的基本概念∑∑真空与分子运动真空与分子运动⎯气体分子到达表面的速率:R=nv/4=p/(2πmkT

5、)1/2⎯气体分子覆盖表面一个单原子层的时间:t≈1019/RML真空度P(Torr)n(m-3)λ(m)t(s)MLAtmospheric7602x10257x10-810-9Low13x10225x10-510-6Medium10-33x10195x10-210-3High10-63x1016501UltraHigh10-103x10125x105104真空的基本概念真空的基本概念∑∑真空系统、抽速和漏率真空系统、抽速和漏率⎯真空系统:真空室：法兰、阀、观察窗……抽气系统：泵、管道、阀测量系统：真空规、真空计⎯抽速和漏率:真实漏

6、率放气率抽速S：l/s漏率Q：l⋅Pa/sQ=Q+Q10抽气方程：pS=−Vdp/dt+Q气压随时间的变化(Q=0):p=pexp(−t/τ)τ=V/S0极限压力：p=Q/Su真空的基本概念真空的基本概念∑∑真空系统、抽速和漏率真空系统、抽速和漏率⎯气路与气导:气导(C)：通过气路的流速与气路两端的压力差之比C∝D/l×∆p⎯串联气路:-1=-1-1实际抽速：SΣCi+S0⎯并联气路:实际抽速：S=ΣSC=ΣCii⎯气路与压力:pp0C(p−p)=pSp=p(1+S/C)00000真空的获得真空的获得∑∑真空度与真空泵真空度与真空泵

7、—真空泵的极限压力•有油/无油–低真空–有油•旋片式机械泵•旋片式机械泵•低温吸附泵•扩散泵–高真空•涡轮分子泵•扩散泵–无油•涡轮分子泵•无油机械泵–超高真空•低温吸附泵•涡轮分子泵•涡轮分子泵•离子泵•离子泵•Ti升华泵•Ti升华泵真空的获得真空的获得∑∑机械泵机械泵⎯机械泵的种类•连接：直连/带连•驱动：三相/单相⎯机械泵的特点•成本低廉、经济耐用•工作范围：大气∼低真空•极限真空：10-3torr•缺点：返油、振动⎯使用与维护•电源的连接•油与油标结构与工作原理•放气与放气阀真空的获得真空的获得∑∑低温吸附泵低温吸附泵⎯低温

8、吸附泵的特点•成本低廉、简单耐用•工作范围：大气∼低真空•极限真空：10-3torr•优点：无油、无振动•缺点：使用成本比较高⎯使用与维护•除气：200oC结构与工作原理真空的获得真空的获得∑∑油扩散泵油扩散泵⎯油扩散泵的特点•成本低