真空技术基础知识1

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1、真空技术基础知识      真空技术发展到今天已广泛的渗透到各项科学技术和生产领域,它日益成为许多尖端科学、经济建设和人民生活等方面不可缺少的技术基础.作为现代科学技术主要标志的电子技术、核技术、航天技术的发展都离不开真空,反过来它们飞跃前进正在推动真空技术的迅速发展,成为真空科学技术发展史上的三个飞跃阶段,从而使真空技术由原来主要应用领域电真空工业,扩展到低温超导技术、薄膜技术、表面科学、微电子学、航海工程和空间科学等近代尖端科学技术中来.至于在一般工业中应用实在种类繁多,不胜枚举.它涉及冶金、化工、.医药、制盐、制糖、食品等工业都广泛使用真空技术.例如有机物的真空蒸馏,某些溶液的浓缩、析

2、晶、真空脱水、真空干燥等.人们还利用真空中的各种特点,研制生产出真空吊车、电子管、显像管、中子管.就连人们日常生活中使用的灯管、暖水瓶、真空除尘器等都离不开真空技术.1.真空与真空区域的划分“真空”是指在给定的空间内,气体分子密度低于该地区大气压下的气体分子密度的稀薄气体状态。不同的真空状态有不同的气体分子密度。在标准状态下，每立方厘米的分子数为2.6870×1019个，而在真空度为10-4帕时，每立方厘米的分子数为3.24×1010个，即使用最现代的抽气方法获得的最高真空度10-13帕时，每立方厘米中仍有3.24×10个分子。所以真空是一相对概念，绝对真空是不存在的。表1  真空区域的划分

3、、特点与应用真空区域物理特点主要应用分子密度为（个/厘米3）平均自由程（厘米）单分子层形成时间（秒）粗真空105～103帕1019～101610-6～10-3， (d为容器的线性R度,下同)粘滞流,气体分子间碰撞为主10-9～10-6真空包装、真空浓缩和脱色、真空成形、真空输运等。低真空103～10-1帕1016～101310-3～5≈d过渡流10-6～10-3真空蒸馏、真空干燥和冷冻，真空浸渍、真空绝热、真空焊接等。 高真空10-1～10-6帕1013～1095～104>d分子流气体分子与器壁碰撞为主。10-3～20真空冶金、半导体材料区域熔炼、电真空器件、真空镀膜、加速器等。超高真空10

4、-6～10-12帕<109>104»d气体分子在固体表面上吸附停留为主。>20超高真空镀膜、薄膜和表面物理、表面化学、热核反应和等离子物理、超导技术、宇宙航行等。真空状态的主要特点是：真空容器所承受的大气压力由容器内外压力差所决定；与大气相比，气体分子密度小、分子之间相互碰撞不那么频繁，单位时间内碰撞容器壁的分子数减少，从而使真空状态下热传导与对流小，绝热性能强，可降低物质的沸点和汽化点等。真空的这些特点被广泛应用到生活、生产和科研的各个领域中。真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度。它本应用单位体积中的分子数来量度，但由于历史的原因，真空度的高低仍通常用各向同性的物理量“气体压强”来表示。气

5、体压强越低，表示真空度越高；反之，压强越高，真空度就越低。在真空技术领域中，过去常用的压强单位为托（torr），它与目前国际单位制中压强单位帕斯卡的换算关系为：1帕=1牛顿/米2=1千克/米.秒2=7.50062×10-3（托）1托=1/760（标准大气压）=101325.0/760（帕）=133.3224（帕）为使用方便，人们根据真空技术的应用特点、真空物理特性和真空机械泵、真空计的有效使用范围，将真空划分为不同区域及对应的物理特点和主要应用领域，如表1所示。2.真空获得用来获得真空的器械简称为真空机械泵。由于真空技术发展到今天所涉及的压强范围从105~10-12帕，宽达17个数量级，所以

6、现在还不能用任何一种真空机械泵来实现。表2列出常用各种真空机械泵的运用范围与抽速。表2常用真空机械泵运用范围与抽速泵压     强     （帕）抽速（升/秒）1000010010.110-210-310-410-610-710-810-101水环泵2旋片机械泵3吸附泵4罗茨泵5喷射泵6油增压泵7油扩散泵8涡轮分子泵9钛升华泵10离子泵11低温泵+++←→+++←←+++++←++++++←←→→++++++←→→→++++←+++++→+++++→++→++→+1~10015~400001~1000200~400005~1000005~5000~100000~5000300~5000真空机

7、械泵按其抽气机理可分为两大类：一是压缩型真空机械泵，它是将气体由一方压缩到另一方，如机械泵、扩散泵、分子泵等。二是吸附型真空机械泵，它是利用各种吸气作用将气体吸掉，如钛泵、离子泵、低温泵等。按起始工作状态可分为前级泵（可直接从大气压下开始抽气，如机械泵、吸附泵等）和次级泵（只能从比大气压低的某一定压强下开始抽气，使系统达到更高极限真空度，如扩散泵、钛泵等）。次级泵工作时，必须辅以一定的前级泵，提供其正常工作所