超高真空技术.pdf

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1、超高真空技术第七章真空科学技术基础合肥工业大学7.1真空性质机械与汽车工程学院真空教研室真空：泛指低于一个大气压的气体状态干蜀毅现代真空技术能获得的最低气体压强真空特点：约10-13Pa。7.2真空的气体动力学模型pV=NkTp=nkT真空测量的单位s压强123kT±1标准大气压(ATM)＝101325帕(Pa)p=mnvrmsvrms=3m±1托(Torr)＝133.3帕(Pa)s分子的动能±1毫巴（mbar）＝100帕(Pa)312kTmvrms221s分子速度：Maxwell速度分布函数s道尔

2、顿分压定律：2mvm322−f(v)=4π()ve2kT2πkT混合气体的总压强P等于各个成份气体分压强之和，即：最可几平均速率均方根2kT8kT3kTvm=v=vrms=p=p+p+⋅⋅⋅+pmπmm12nvrms>v>vms入射到表面的分子数s平均自由程1单一气体λ=12πnd2ν=nv4混18kT合λ1=p=nkTv=kd1+di2m1πm气π∑ni()1+2m体i=1ip离子电子ν=2πmkTλi=2λλe=42λs热流逸7.3气体经真空系统的流动质量流：抽真空就是从容器内抽除气体质量。抽气

3、率即质量流决定于压强下降率。若容器内起初包含分P1P2子质量为的分子数N，则抽气时的总质量变化率为：T1T2mpVn1n2dMd(Nm)dMd()dMmd(pV)==kT=dtdtdtdtdtkTdtp1=p2d(pV)dMmQ==QT1T2dtdtkT2dN(p−p)=12A净分子流数dt2πmkT流导Q=C(p1−p2)质量流率dM(p1−p2)=mAdt2πmkT并联C=C1+C2dMmkT=QQ=(p1−p2)ACCdtkT2πmC=12串联C1+C2C=kTA小孔的流导02πm管道的流导短

4、管流导的计算结果433πkT1dp无限长管Q=r()23mdx4r31T1充分长管CLT=(2πk)2()23LmC0CST=短管3L1+8r7.4真空系统抽气抽气率d(pV)=Qi−Qo泵入口Q=S0p2质量变化率dt抽QS0=速pQ=Sp容器内Q=Sp1流出气流量0dp对于恒定容积的真空系统V=Qi−Sp流导Q=C(p1−p2)dtSCS0QiQi−tQiS=CS0CS=Sp=−(−p0)eVpult=1+S=1+0SSSS+CS00C3抽速、气体流入量和真空度入射到单位面积上的气流量7.5±经

5、容器壁的泄漏kTdMdNdN真±虚漏QA=QA=kTν⋅A=mdtdtdt空±蒸发系±表面出气Q=kTνApkTAν=QA=A⋅p统±体出气2πm2πmkT气±渗透QkT体±分解A单位表S==AA⋅p2πm源±高能粒子轰击出气面抽速7.5.1经容器壁的泄漏7.5.2虚漏±器壁上小孔±盲孔±漏孔往往出现在两块同类材料或不同类材±大气内存放的零件其内部也会贮存气体料之间的真空密封接头处±疏松的结构物质±由于压差、振动和热循环等原因在接头内产生的应力和应变，可能会使接头损坏。±结构材料内部的加工纹路，气孔

6、和裂缝氦检漏仪：对真空容器的泄漏非常灵虚漏不限制系统的极限压强，而是敏，最小可检测的氦气流入量是10-12限制达到极限压强要化的时间Pa•m3•s-1量级7.5.3蒸发7.5.4表面出气¾吸附和解吸固体、液体的任一原子或分子的动能足¾物理吸附：VanderWaals力以克服其结合能时，就有粒子逸出而成化学吸附：化学价键力E为气体，这一过程称为蒸发exp(−)分子具有能量E的机率正比于RT蒸发率饱和蒸汽压dNEA解吸率−=BNexp(−)pbdtARTVν=logpV=a−2πmkTTfpν=吸附率A

7、12πmkT蒸发物质单位面积pW=fpE上出来的净流量2πmkTNA=exp()B2πmkTRT4平衡条件下分子滞留τ和E之间的函数关系于固体表面平均时间fpfpNA=νAτνA=NA=τ2πmkT2πmkTfpEN=exp()AB2πmkTRT1Eτ=exp()BRTEτ=τexp()0RT7.5.5体出气气体-固体组合的扩散系数块材在加工、处理期间吸收气体来源气体--非金属组合暴露大气时体内也会吸收气体Fick第一dcEdQ=−DD=Dexp(−)0扩散定律：dxRT222Fick第二扩∂c=D

8、⎡∂c+∂c+∂c⎤气体--金属组合⎢222⎥散定律∂t⎣∂x∂y∂z⎦真空容器壳体相对边气体7.5.7分解7.5.6渗透压差（浓度梯度）引起MO⇔vM+vOvM2voMo2Henry定律c=Spn环境氧气分压强低：Fick第一定律Qd=−D(c1−c2)反应自左向右，氧化物分解DSnn环境氧气分压强高：Q=(p−p)21d反应自右向左，金属被氧化乘积DS称为渗透常数57.5.8高能粒子：轰击出气高能粒子：具有一定能量的电子、第八章光子和重粒子(质子、中子、离子和原子