真空获得与真空泵课件.ppt

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1、真空概念真空获得与真空泵真空测量定义：真空泛指压力低于一个大气压的任何气态空间。真空单位粗真空低真空高真空超高真空真空度的划分1.由理想气体状态方程PV=(m/M)RT可得n=7.2×1022P/T(个/m3)相对真空在标准状态下，气体分子密度n=3×1019个/cm3；1.33×10-4Pa高真空下，T=293K时，n=3.2×1010个/cm32.气体分子平均自由程：气体分子之间相邻两次碰撞的距离。s分子直径，p为压强，T为气体温度，k为玻耳兹曼常数。不同真空区域物理特性3.单位面积上分子与固体表面碰撞的频率：M和T分别为气体分子的分子量和温度。在普通高真空，例如时，对

2、于室温下的氮气，，如果每次碰撞均被表面吸附，按每平方厘米单分子层可吸附个分子计算，一个“干净”的表面只要一秒多钟就被覆盖满了一个单分子层的气体分子：在超高真空或时。“干净”表面吸附单分子层将达几小时到几十小时之久tML气体分子覆盖表面一个单原子层的时间真空的获得与真空泵能够从密闭容器中排出气体或使容器中的气体分子数目不断减少的设备称为真空泵。目前已经能够获得和测量从大气压力105Pa到10-13Pa。在真空获得技术中，一种是通过某种机构的运动把气体直接从密闭容器中排出；另一种是通过物理、化学等方法将气体分子吸附或冷凝在低温表面上。工作过程：气体从入口进入转子和定子之间偏轴转

3、子压缩空气并输送到出口气体在出口累积到一定压强，喷出到大气工作范围及特点：Atmosphereto10-3torr耐用，便宜油润滑，污染缺点：返油、振动机械泵罗茨泵Rootspump隙缝不用油封，转子较大转速，无卡住危险。在一定压强范围有相当大抽速。涡轮分子泵气体分子被高速转动的涡轮片撞击，向出口运动多级速度：30,000-60,000rpm.转子的切向速度与分子运动速率相当Atmosphereto10-10Torr油，润滑油，电磁污染是最常见的HV/UHV泵.优点基本没有油的污染启动和关闭很快缺点噪声大，有振动。比较昂贵。液氮冷却有很大表面积的分子筛Atm~10-3Tor

4、r(可以用两个泵交替工作)很容易饱和>200°C烘烤除去吸附的气体简单便宜,无油污染冷凝泵加热油从喷嘴喷出，气体分子与油分子碰撞，向出气口运动需要水冷，前级泵10-3to10-7Torr(to10-9Torr，液氮冷阱)优点耐用成本低，抽速快无震动和声音缺点油污染油扩散泵离子泵极板间加高压(~5kV)电子螺旋运动(longerpath-length).气体分子被电子离化，向阴极运动.离子注入阴极(Ti，Ta)，溅射阴极材料.溅射出的阴极材料与气体反应，沉积在角落中或阳极上.10-4Torrto10-11Torr三极型离子泵提高对惰性气体的抽气效率优点干净，无油污染无运动部分

5、，无振动，无噪音低功耗，使用时间长缺点对惰性气体效率低每隔几年需要对阴极材料进行再生真空测量3.1热偶真空规管测量原理：利用气体的热传导现象，以气体的熱导率随气体压强的变化为基础。热丝的温度∝气体的压强3.2电离真空规管测量原理：足够能量的电子,在气体中与分子碰撞时能引起分子的电离，产生正离子及电子。电子在一定的飞行路程中与分子的碰撞次数,正比与分子的数密度(单位体积分子数).产生的正离子数∝气体的压强低真空(atm~10-4Torr)热偶Pirani真空计膜片式真空计高真空电离规IonGauge剩余气体分析ResidualGasAnalyzer热偶真空计Thermocou

6、pleGauge散热与气体压强相关加热丝的温度与气体压强相关用热偶测量加热丝的温度压强PiraniGauge散热与气体压强相关加热丝的温度与气体压强相关加热丝的电阻与温度相关用平衡电桥测量加热丝的电阻压强高真空测量：电离规(IonGauge)热丝发射热电子热电子加速并电离气体，离子被收集形成电流电流与压强成正比1x10-9Torrto10-11Torr真空材料力学性能：容易加工成型.在所涉及的温度下能保持强度并能经受反复的升降温热学性能：高温下仍具有低蒸汽压不同部分的热膨胀系数应匹配气体负载：不能多孔无裂缝和气孔表面光滑Airadmittedbyregulator常

7、用真空材料奥氏体不锈钢，比如321,347,304钢铝或铝合金，容易加工，放气率低，但强度低，易变形陶瓷－玻璃化的氧化铝，放气率低，不易吸附气体，可耐高温(1500摄氏度)，但陶瓷易碎且不易加工硼酸盐玻璃,硼硅酸玻璃,石英，用于小系统或作为观察窗.易加工耐腐蚀.腈橡胶或丁钠橡胶通常作为垫圈，比如O型圈。不耐高温氟化橡胶可以耐200摄氏度，常用于低压.