第七单元真空技术
7-0真空技术基础知识
“真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。真空的发现始于1643,那
年托利拆利(E.Torricelli )做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa的极高真空。
在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。
一、真空物理基础
1. 真空的表征
表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。
在SI单位制中，压强单位为牛顿/米2( N/m 2):
2
1 牛顿/米=1 帕斯卡(Pascal), (7-0-1)
帕斯卡简称为帕(Pa),由于历史原因，物理实验中常用单位还有托( Torr)。
1 标准大气压(atm) =1.0135 K05(Pa),
1托=1/760标准大气压(7-0-2)
1托=133.3帕斯卡
习惯采用的毫米汞柱(mmHg )压强单位与托近似相等(1mmHg=1.00000014 )托。各种单位之间的换算关系见附表7-1
2. 真空的划分
真空度的划分(不同程度的低气压空间的划分)与真空技术的发展历史密不可分。通常可分为：
低真空(103 ~10 1Pa)、高真空(10 1 ~ 10 6Pa)、超高真空(10-6 ~ 10-10Pa )和极高真空
(低于10 10Pa )。
20世纪70年代进一步提高到的宽达20个数量级的真空度范围，并随着某些新技术、新材料、新
工艺的应用和开拓，将进一步接近理想的真空状态。
3. 描述真空物理性质的主要物理参数
(1)分子密度：用于表示单位体积内的平均分子数。气体压强与密度的关系为
p nkT (7-0-3)
其中n为分子密度，k为玻耳兹曼常数，T为气体温度。
(2)气体分子平均自由程：平均自由程是指气体分子在连续两次碰撞的间隔时间里所通过的平均
距离。对同一种气体分子的平均自由程为
(7-0-4)
kT
(7-0-4)
其中为分子直径。由（7-0-4）式可知，气体分子的平均自由程与气体的密度n成反比因而它将随着
气体压力的下降而增加。在气体压强低于0.01Pa的情况下，气体分子间的碰撞几率已很小，气体分子的碰撞主要是其与容器器壁之间的碰撞。
（3）单分子层形成时间：指在新鲜表面上覆盖一个分子厚度的气体层所需要的时间。一般，真空度越高，干净表面吸附一层分子的时间越长，从而可较长时间地维持一个干净的表面。单位表面积上气体分子的吸附频率与压强p的关系为
22
3.5 10 「/ 2
----------- p 分子/cm s （7-0-5）
.、MT
式中M和T分别为气体分子的分子量（单位：g）和温度（单位：K），在高真空，例如p 10 6Torr
时，对于室温下的氮气， 4.5 1014分子/ cm2 s，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5 1014个分子计算，一个干净的表面只要1秒多钟就被覆盖满了一个单分子层的气
体分子；若在超高真空p 10 10Torr或10 11Torr，由同样的估算可知干净表面吸附单分子层的时间
将达几小时到几十小时之久。所以超高真空技术经常应用于集成电路的生产工艺和科学研究等方面。
二、真空的获得
用来获得、改善和维持真空环境的装置简称为真空泵。按照真空泵的工作原理可分为二类：一类是排气”型或称压缩”型真空泵。这类真空泵是利用其内部的各种压缩机构将被抽容器中的气体压缩到排气口方向，排入大气中。例如，旋片式机械泵、增压泵、油扩散泵以及涡轮分子泵等。另一类称为吸附”型真空泵。这类真空泵是在封闭的真空系统中利用各种物理或化学表面（吸气剂）吸气的方法将被抽空间的气体分子吸附在固体表面上。例如吸附泵、溅射离子泵、钛升华泵及低温泵。真空泵若按应用范围分，则有低真空泵（包括中真空），例如旋片式机械泵、增压泵及吸附泵等；高真空泵
（包括超高、极高真空），例如油扩散泵、涡轮分子泵、离子泵及低温泵等。
真空泵常用的两个重要参量是：（1）极限真空，在被抽容器的漏气及容器内壁放气可忽略的情
况下，真空泵能抽得的最高真空称为极限真空。（2）抽气速率，在给定压强下，单位时间内从泵的
进气口抽入泵内的气体体积，称为泵在该压强下的抽气速率，单位为升/秒。
1 ?机械真空泵
机械真空泵按改变空腔容积方式分，有活塞往复式、定片式和旋片式等。它的工作原理是建立在理想气体的波意尔-马略特定律基础之上，即PV RT （P为压强，V为容器体积，T为绝
对温度，R为常数），在等温过程中，一个容器内的体积和压强的乘积等于常
数。这样，只要使容器的体积在等温条件下不断扩大，就可不断降低容器的压
强。
图7-0-1是常用的旋片式机械真空泵的结构图，其工作过程如图7-0-1
所示。
7-0-1旋片式机械真空泵
图7-0-5热偶规真空计
当转子逆时针转动时，开始处于图 7-0-2 ( a )的位置，由进气口进入转子与定子之间部分空腔
III
的体积不断扩大，而出气口与转子、定子间的部分空腔
I 体积不断缩小，如图 7-0-2 (b );空腔I 内的
图7-0-2机械真空泵的抽气过程
体积继续被压缩，当压强大到足以推开排气阀时，气体被排出泵外；空腔 II 继续传送被隔离气体，空
腔III 继续抽气。转子转到图 7-0-2( c )时，空腔I 排气即将结束，空腔II 即将与排气口相通，开始压 缩排气过
程；空腔III 继续抽气。转子到图 7-0-2( d )的位置时，又开始重复上述过程。
机械泵具有结构简单，工作可靠的优点，机械泵可以从大气压开始进行工作，不仅可单独使用， 常用来获得高真空系统的前级泵，以获得更高的真空度。机械泵一般所能达到的极限真空约为 10-2Pa
但在一般实验室情况下只能达到 10°-10-1Pa 。
2 ?油扩散泵
油扩散泵是常用的获得高真空的设备，扩散泵 不能直接在大气压下工作，需要在机械泵产生的低 真空条件下工作，图7-0-3为常用的油扩散泵的工作 原理图。泵的上部为进气口，泵的底部为蒸发器， 用来贮存硅树脂类扩散泵油(简称硅油)或其它专用 的扩散泵油。当加热炉加热槽中的硅油，油蒸汽流 沿管筒上升，从伞形喷嘴(三个或四个)向下高速 喷出，带动气体分子，使它自上而下作定向流动， 气体被迫向排气口方向运动，而被排气口的机械泵 抽走，扩散泵的名称也由此而来。油蒸汽碰到有冷 却水管冷却的泵壁上冷凝，油分子被冷凝为液态， 沿着泵壁流回蒸发器继续循环使用， 这样周而复始,
从而达到连续抽气。
为了提高扩散泵的极限真空， 扩散泵内通常有3 图7-0-3三级油扩散泵
至4个串联的喷嘴，如图7-0-3所示的是由铝合金材
料制成的3个喷嘴的3级扩散泵的结构示意图。一般油扩散泵的极限真空为 10-4?10-5Pa 。
油扩散泵的一个缺点是泵内的油蒸汽的回流容易造成真空系统的污染。由于这个原因，在材料表
面分析仪器和其他超高真空系统中一般不采用油扩散泵。
使用油扩散泵时应注意几点：
(1) 不能在断水时使用。油扩散泵工作时冷却水的作用很大，若水冷作用不够，就会使泵油的循环 作用减弱、油蒸汽压提高而妨碍其工作。
(2) 应选择适当的加热功率。加热功率过低，油蒸汽无法形成，泵不能工作；加热功率过高，使油 蒸汽过热甚至分解，大大降低其性能。
(3) 要保证其预备真空和前级真空，尽量避免大气冲入油扩散泵。
（a ） （ b ） （ c ）
（ d ）
进气口
(4) 油扩散泵停止使用时，需待工作油液冷却后才能关闭前级泵和冷却水，如有可能，将扩散泵始 终保持在真空下为好，以免工作油液氧化、裂解，使得蒸汽压提高，泵的极限真空降低。如发现泵的 极限真空达不到要求，可将泵拆去，倒去旧油，严格清洗并烘干，再换以新的工作油液。 3 ?涡轮分子泵
涡轮分子泵是适应现代真空技术对于无油 高真空环境的要求而产生的一种高真空泵。
与
油扩散泵一样，涡轮分子泵也是对气体分子施 加作用力，并是气体分子向特定的方向运动的 原理来工作的。如图 7-0-4所示，涡轮分子泵 的转子叶片具有特定的形状，在它以 20000-30000r/min 的高速旋转时，叶片将动量 传给气体分子。同时，涡轮分子泵中装有很多 级叶片，上一级叶片输送过来的气体分子又会 受到下一级叶片的作用而被进一步压缩至更 下一级。因此，涡轮分子泵的一个特点是其对 一般气体分子的抽除极为有效。例如对于氮 气，其压缩比(即泵出口的压力与入口的压力 之比)可以达到 109。但是，涡轮分子泵抽取 低原子序数气体的能力较差。
例如对氢气，其
压缩比仅有103左右。
由于涡轮分子泵对于气体的压缩比很高， 因而其油蒸汽的回流可以完全忽略。
涡轮分子
泵的极限真空可以达到 10-8Pa 数量级，抽速可 达1000L/S ，而适用的压力范围在 1-10-8Pa 之 间。因而，在使用中多用旋片式机械泵作为前 级泵。
使用涡轮分子泵应注意的几点：
(1) 涡轮分子泵不能先于前级泵(机械泵)启动，停机后应立即放气，以防机械泵反油; (2) 及时加注和更新润滑油，分子泵被污染时，要及时清洗；
(3) 涡轮分子泵使用时，应避免剧烈振动，要求防止电磁干扰和强放射性辐射。 三、真空的测量
测量真空度的仪器称为真空计。能直接测得真空度的称为绝对真空 计，如以水银柱面的高度差来测真空度的麦克劳真空计即属此类。
绝对真 空计操作复杂，一般不易连续测量，常用作计量的基准。通常使用的是相 对真空计，
即通过测量与真空度有关的物理量来间接地测量真空度， 这种
测量真空度的压强传感器称为真空规， 与各种真空规相配套的真空仪都属
于相对真空计，他们使用比较方便， 但准确度较低而且各自的测量范围有 限，而且
需要用绝对真空计校准。
由于真空度覆盖了十几个数量级的范围， 一种真空计难以测量如此宽 范围的真空度，因此，常用不同的相对真空计来测量不同的真空度。每一 种真空计都只能测量一定范围的真空度， 各种真空计结合起来完成全范围
内的真空度的测量。 1.热偶真空计
热偶真空计是常用的测量低真空的相对真空计，
它由热偶规管和与之
图7-0-4涡轮分子泵结构示意图
定子 转子
图7-0-5热偶规真空计
配套的测量电路构成，图 7-0-5热偶规管的结构图。规管上端与要测的低真空相通， ao 和ob 分别为 康铜和镍铬丝组成的热电偶， cod 为由铂丝制成的加热用灯丝，加热电流由与 c 和d 相联的导线从管
脚通入，热电偶的热端 o 与灯丝的中部相焊接，灯丝通过加热电流时，使热端温度达到 100 C 以上，
热偶的冷端a 、b 所处的温度基本相同，并由导线从管脚引出，与测量温差电动势的测量仪器相联， 测量仪器还提
供稳定的灯丝加热电流 （丝流）?在灯丝加热电流保持一定的条件下， 灯丝（即热电偶的热
端）
的热平衡温度取决于规管所处的真空度：真空度越高，规管内单位体积的气体分子数越少，气体导热
性能越差，灯丝和热电偶热端的热平衡温度越高，热电偶冷热两端的温度差越大，温差电动势也就越 大，这样由热电偶的温差电动势的大小可间接测出真空度，因为两者的关系很难通过理论计算得到， 因此，一般要将热偶真空计用绝对真空计校准。 简单，使用方便，缺点是稳定性差，精度不高。
2 .电离真空计 电离真空计是目前测量高真空的主要仪器， 部分构成，图7-0-6为电离规管的结构图，它由 的加速极（栅极）B ,圆筒状的收集极（板极）C 组成?测量时，将规管上部与欲 测的真空相通，加上灯丝电流，灯丝被加热而在灯丝表面形成一个
“热电子
气层”，加速极的电势比灯丝高，于是，热电子在加速电场的作用下飞向加 速极。螺旋状的加速极绕得很疏， 大部分电子穿过加速极的间隙飞向收集极， 收集极的电势比灯丝低，
因此，当电子靠近收集极时， 减速电场可使电子反
向折回，这样，电子在灯丝与收集极之间可产生次数不同的往返运动，
往返
中与气体分子可发生碰撞， 而使气体分子电离，由一个中性分子分离为正离 子和电子，正离子被处于负电势 （相对于灯丝）的收集极收集形成离子电流， 电子（包含由于碰撞而损失了动能的热电子 ）被处于正电势的加速极收集形
成发射电流。实验证明，如果保持发射电流恒定， 则离子电流与真空度成反 比，即离子电流与待测气体的压强成正比， 经过用绝对真空计的校准和定标，
就可由离子电流的大小来决定真空度。一般常用的电离真空计的测量范围在
四、真空系统的检漏
对于一个真空容器或一个真空系统，首先应检查是否漏气。检漏的目的是确定真空系统或零部件 是否漏气，找出漏孔位置以便修补。真空系统的检漏一般按下列两个步骤进行： （1）确定是否有漏
孔；（2）确定漏孔的位置及大小。
检漏的方法很多，有压力检漏法（水压法、气泡法、卤素检漏、氦质谱法） 。
静态升压法是先将真空系统抽到一定压力，用真空阀把系统和真空泵隔开。这时系统内压力如果 直线上升，
说明系统存在漏气，如果压力保持不变或变化甚微说明系统不漏气。
高频火花检漏是利用高频火花检漏仪的高频放电线圈所产生的电火花，
能聚集于玻璃真空系统的
漏孔处，从而可确定漏孔位置。使用时，接通电源，调节放电火花间隙，当产生击穿放电时，即可将 高频放电探头在玻璃接头处或其它可疑处移动，寻找漏孔。遇到漏孔时，电火花就会集中导向孔中， 但不要让放电火花在某一处停留，以免薄玻璃被击穿，造成人为漏孔。 五、真空材料的清洁处理
热偶真空计的量程一般为 10-1
?10-2Pa ,其优点是结构
它由电离规管和测量仪器两 I 形的灯丝（阴极）A ,螺旋状
10-2 ?10-5Pa 。
学校：龙岩学院 院系：物理与机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 11级机械（本）1班 姓名：柯建坤 学号： 2011043523 简介 真空镀膜 在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。 蒸发镀膜 通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面，称为蒸发镀膜。这种方法最早由M.法拉第于1857年提出，现代已成为常用镀膜技术之一。蒸发镀膜设备结构如图1。 蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，待镀工件，如金属、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。待系统抽至高真空后，加热坩埚使其中的物质蒸发。蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量），并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程，以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。蒸气分子平均动能约为0.1～0.2电子伏。 蒸发镀膜的类型 蒸发源有三种类型。①电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状,通以电流,加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质（图1[蒸发镀膜设备示意图]
）电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。②高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质。③电子束加热源：适用于蒸发温度较高（不低于2000[618-1]）的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。 蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比，具有较高的沉积速率，可镀制单质和不易热分解的化合物膜。 为沉积高纯单晶膜层，可采用分子束外延方法。生长掺杂的GaAlAs单晶层的分子束外延装置如图2[ 分子束外延装置示意图 ]。喷射炉中装有分子束源，在超高真空下当它被加热到一定温度时，炉中元素以束状分子流射向基片。基片被加热到一定温度，沉积在基片上的分子可以徙动，按基片晶格次序生长结晶用分子束外延法可获得所需化学计量比的高纯化合物单晶膜，薄膜最慢生长速度可控制在1单层/秒。通过控制挡板,可精确地做出所需成分和结构的单晶薄膜。分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件和各种超晶格结构薄膜。 溅射镀膜 用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用的二极溅射设备如图3[ 二
基础知识真空密封 自定义搜索基础知识--真空密封 基础知识――真空密封{VKP&{~O 真空联机密封性能取决于联接处的泄露和真空材料的放气。对任何真空系统总希看漏、放气量与密封形式、密封材料、加工精度及装配质量等诸多因素有关，故在联接处总会存在一定的漏、放气量，因此可根据真空系统工作的性质，真空室工作工作应力的高低及其出口处抽气速度的大小提出要求。F?{laAYE 真空系统中的压力在高于10-5Pa真空范围内广泛使用合成橡胶、环氧树脂和塑料。认真空度提到压力10-7Pa的真空范围时，这些密封材料就不能用了，需要应用超高真空的密封材料如金或铜作垫圈，而真空壳体不能用软刚需要改用不锈钢。bpdluWS+} 超真空气体内的气体状态是动态平衡状态。系统内的压力极限，一方面与泵的有效抽速有关，另一方面与来自真空壳体及其内部的零部件的气流量有关。因虽有系统的有效抽速由于泵有结构尺寸和用度的原因，总存在实际限制。所以，减少气流量就成为达到超高真空状态的基本设计目标，成为选择超高真空材料的主要准则。SbH}cu8 作为真空系统内部用的材料，要求饱和蒸汽压低，为了减少慢性解吸和体出气，要求能耐450℃高温烘烤，而不降低机械强度和不发生化学和物理损伤。作为真空系统壳体材料，要求能忽略气体渗透，承受得住大气压的压力，烘烤期间耐空气腐蚀和不发生漏气。此外，要求选用材料，加工制作轻易，价廉易得。iJr(;Bq 对于真空度低于10-7Pa的超高真空，固然自然和合成橡胶是理想的密封圈材料，弹性好，装配成真空密封后法兰螺栓受力很小，而且可以多次重复使用;℃烘烤，实际上可可供选用的几种250但由于超高真空系统要求密封圈材料耐． 橡胶材料都不能满足要求。真空度更高(即压力更低)的超高真空，则必须采用金属密封。CIAKXYM9.1真空用橡胶密封圈)u]1j@Id 接触式真空动密封的结构，最常用的有下面几种类型:①J型真空用橡胶密封―J 型真空用橡胶密封圈工作表面应平整光滑，不答应有气泡杂质、凹凸不同等缺陷;②O型真空用橡胶密封圈;③骨架型真空用橡胶密封圈;④真空用O形橡胶密封圈。fcw/l,k99.2真空用金属密封圈OhTd~R` 金属密封圈密封的可拆联接是超高真空系统中常用的联接形式，它是为满足超高真空要求而必须经200~400℃的高温烘烤除气而采用的密封方式。Lp.2[3 常用的金属密封圈的材料有金丝和无氧铜两种，它们有下列一些性能:%8$|7;(2k ①金(Au)具有高的化学稳定性，高温时不氧化，塑性好，屈服极限比铜或铝低一倍，在较小的夹紧力下即可产生塑性变形，膨胀系数为αg=14×10-6cm/cm℃，比不锈钢的膨胀系数αs=18×10-6cm/cm℃稍低。金制密封圈虽有良好的密封性能，但在夹紧力的作用下会发生明显的变形硬化，强度增加。为了保证密封圈密
真空泵基础知识及选型指导 一、基础知识 1、真空的概念 “真空”一词来自拉丁语“vacuum”，原意为“虚无”、“空的”。真空是指在给定空间内低于环境大气压力的气体状态，即该空间内的气体分子密度低于该地区大气压力的气体分子密度，并不是没有物质的空间。水环真空泵应用于低真空（105—103 Pa）领域 2、真空的测量单位 在真空技术中，表示处于真空状态下气体稀薄程度的量称为真空度，可用压力、分子数密度、平均自由程和形成一个单分子层的时间常数等来表征，但通常用气体的压力（剩余压力）值来表示。气体压力越低，表示真空度越高；反之，压力越高，真空度越低。 法定的压力计量单位为帕［帕斯卡］，符号为Pa 1Pa=1N.m-2 此外，还可用真空度的百分数作测量单位。 δ——真空度百分数（%）P——绝对压力（Pa）Pb-P 表示真空压力表读数，表压力（用Pe表示）真空度百分数δ（%）与压力P对照表 3、单位换算 1atm（标准大气压）=1013.25hPa（百帕） 1mmHg（毫米汞柱）=1Torr（托）=1.333 hPa（百帕） 1bar（巴）=1000 hPa（百帕） 1mbar（毫巴）=1 hPa（百帕）
１inHg（英寸汞柱）=25.4mmHg（毫米汞柱）=33.8 hPa（百帕） 4、相关术语 ◇气量——水环真空泵的气量是指入口在给定真空度下，出口为大气压1013.25hPa时，单位时间通过泵人口的吸入状态下的气体容积，m3/min 或m3/h 。 ◇最大气量——水环真空泵的最大气量是指气量曲线上的气量最大值，m3/min或m3/h。 ◇真空度（或称作压力）——水环真空泵的真空泵是指入口处在真空状态下气体的稀薄程度，以绝对压力表示，Pa、hPa、kPa。 ◇极限真空度（或称作极限压力）——水环真空泵的极限真空度是指入口处气量为零时的真空度，Pa、hPa、kPa。 ◇压缩比——吸入压力下气体容积与压缩后气体容积之比 ◇饱和蒸汽压——在给定温度下，某种物质的蒸汽与其凝聚相处于相平衡状态下的该种物质的蒸汽压力。 二、选型指导 真空泵的工作压力应该满足真空设备的极限真空及工作压力要求。通常选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量级。2BVX、2BEX 系列真空泵吸气压力范围在33hPa——1013.25 hPa之间，在此范围内，气量随吸气压力的不同而变化。根据气量和真空度选择合适的泵。保证工艺要求的真空度或抽走需要排走的气体。泵的工作点尽可能要求在高效区
第七单元真空技术 7-0真空技术基础知识 “真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。真空的发现始于1643,那 年托利拆利(E.Torricelli )做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa的极高真空。 在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。 一、真空物理基础 1. 真空的表征 表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。 在SI单位制中，压强单位为牛顿/米2( N/m 2): 2 1 牛顿/米=1 帕斯卡(Pascal), (7-0-1) 帕斯卡简称为帕(Pa),由于历史原因，物理实验中常用单位还有托( Torr)。 1 标准大气压(atm) =1.0135 K05(Pa), 1托=1/760标准大气压(7-0-2) 1托=133.3帕斯卡 习惯采用的毫米汞柱(mmHg )压强单位与托近似相等(1mmHg=1.00000014 )托。各种单位之间的换算关系见附表7-1 2. 真空的划分 真空度的划分(不同程度的低气压空间的划分)与真空技术的发展历史密不可分。通常可分为： 低真空(103 ~10 1Pa)、高真空(10 1 ~ 10 6Pa)、超高真空(10-6 ~ 10-10Pa )和极高真空 (低于10 10Pa )。 20世纪70年代进一步提高到的宽达20个数量级的真空度范围，并随着某些新技术、新材料、新 工艺的应用和开拓，将进一步接近理想的真空状态。 3. 描述真空物理性质的主要物理参数 (1)分子密度：用于表示单位体积内的平均分子数。气体压强与密度的关系为 p nkT (7-0-3) 其中n为分子密度，k为玻耳兹曼常数，T为气体温度。 (2)气体分子平均自由程：平均自由程是指气体分子在连续两次碰撞的间隔时间里所通过的平均 距离。对同一种气体分子的平均自由程为 (7-0-4)
第七单元 真空技术 7-0 真空技术基础知识 “真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。真空的发现始于1643，那年托利拆利（E.Torricelli ）做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa 的极高真空。 在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。 一、真空物理基础 1． 真空的表征 表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。 在SI 单位制中，压强单位为 牛顿/米2 （N/m 2）： 1牛顿/米2 =1帕斯卡（Pascal ）， （7-0-1） 帕斯卡简称为帕（Pa ），由于历史原因，物理实验中常用单位还有托（Torr ）。 1标准大气压（atm ）=1.0135×105(Pa)， 1托=1/760标准大气压 （7-0-2） 1托=133.3帕斯卡 习惯采用的毫米汞柱（mmHg ）压强单位与托近似相等（1mmHg=1.00000014）托。各种单位之间的换算关系见附表7-1 2． 真空的划分 真空度的划分（不同程度的低气压空间的划分）与真空技术的发展历史密不可分。通常可分为： 低真空（Pa 10~101 3 -）、高真空（Pa 10~1061 --）、超高真空（Pa 10~10-10 -6）和极高真空 （低于Pa 10 10 -）。 20世纪70年代进一步提高到的宽达20个数量级的真空度范围，并随着某些新技术、新材料、新 工艺的应用和开拓，将进一步接近理想的真空状态。 3． 描述真空物理性质的主要物理参数 （1）分子密度：用于表示单位体积内的平均分子数。气体压强与密度的关系为 nkT p = （7-0-3） 其中n 为分子密度，k 为玻耳兹曼常数，T 为气体温度。 （2）气体分子平均自由程：平均自由程是指气体分子在连续两次碰撞的间隔时间里所通过的平均距离。对同一种气体分子的平均自由程为 p kT 2 2πσλ= （7-0-4）
第一章真空技术基础 本章主要内容： 1. 真空的基本知识 2. 真空的获得 3. 真空的测量 4. 稀薄气体的基本性质 5. 真空配件、检测 1
§1-1 气体与真空 Air, as a gas, is composed of molecules that you can imagine as round elastic balls. Molecules move in straight lines until they collide with neighboring molecules or the container wall.
THE ATMOSPHERE IS A MIXTURE OF GASES PARTIAL PRESSURES OF GASES CORRESPOND TO THEIR RELATIVE VOLUMES GAS SYMBOL PERCENT BY VOLUME PARTIAL PRESSURE TORR PASCAL Nitrogen N 27859379,000 Oxygen O 22115821,000 Argon Ar0.937.1940 Carbon Dioxide CO 20.030.2533 Neon Ne0.0018 1.4 x 10-2 1.8 Helium He0.0005 4.0 x 10-3 5.3 x 10-1 Krypton Kr0.00018.7 x 10-4 1.1 x 10-1 Hydrogen H 20.00005 4.0 x 10-4 5.1 x 10-2 Xenon Xe0.0000087 6.6 x 10-58.7 x 10-3 Water H 2 O Variable 5 to 50665 to 6650
真空技术基础知识
前言 1. 真空 “真空”来源于拉丁语“Vacuum ”，原意为“虚无”，但绝对真空不可达到，也不存在。只能无限的逼近。即使达到10-14—10-16托的极高真空，单位体积内还有330—33个分子。 在真空技术中，“真空”泛指低于该地区大气压的状态，也就是同正常的大气比，是较为稀薄的气体状态。真空是相对概念，在“真空”下，由于气体稀薄，即单位体积内的分子数目较少，故分子之间或分子与其它质点（如电子、离子）之间的碰撞就不那么频繁，分子在一定时间内碰撞表面（例如器壁）的次数亦相对减少。这就是“真空”最主要的特点。利用这种特点可以研究常压不能研究的物质性质。如热电子发射、基本粒子作用等。 2. 真空的测量单位 一、用压强做测量单位 真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度，作为这种量度，最直接的物理量应该是单位体积中的分子数。但是由于分子数很难直接测量，因而历来真空度的高低通常都用气体的压强来表示。气体的压强越低，就表示真空度越高，反之亦然。 根据气体对表面的碰撞而定义的气体的压强是表面单位面积上碰撞气体分子动量的垂直分量的时间变化率。因此，气体作用在真空容器表面上的压强定义为单位面积上的作用力。 压强的单位有相关单位制和非相关单位制。相关单位制的各种压强单位均根据压强的定义确定。非相关单位制的压强单位是用液注的高度来量度。 下面介绍几种常用的压强单位。 【标准大气压】（atm ） 1标准大气压=101325帕 【托】（Torr ） 1托=1/760标准大气压 【微巴】（μba ） 1μba=1达因/厘米2 【帕斯卡】（Pa ）国际单位制 1帕斯卡=1牛顿/m2 【工程大气压】（at ） 1工程大气压=1公斤力/厘米2 二、用真空度百分数来测量 %100760 760%?-=P δ 式中P 的单位为托，δ为真空度百分数。此式适用于压强高于一托时。 3. 真空区域划分 有了度量真空的单位，就可以对真空度的高低程度作出定量表述。此外，为实用上便利起见，人们还根据气体空间的物理特性、常用真空泵和真空规的有效使用范围以及真空技术应用特点这三方面的差异，定性地粗划为几个区段。但这种划分并不是十分严格的，下面介绍一种划分方法。 粗真空＜760~10托 低真空＜10~10-3托 高真空＜10-3~10-8托 超高真空＜10-8~10-12托 极高真空＜10-12托
真空基本知识 从第一讲的介绍已经知道：真空这个概念实际上只是泛指低于大气压的气体状态。因此，这个科学名词实际上是不科学的。“真空”并非一无所有，因为大气实际上是抽不尽的。即便用现代最先进的抽气手段去抽气，在达到10-12 Pa 的压力时,每1个cm3的空间内仍然有几千个气体分子。美国“阿波罗11号”航天器登月后，宇航员曾用真空测量仪器实测验了月球表面的真空度。在该测量点，日出时的真空度为10-10 Pa，日落后真空度约为10-12 Pa。这就表明在寂静荒凉的月球上，“真空”也是不空的。在物理学中，计算大气的分子密度有如下的近似公式。 N =7.3×1016 P/T 式中，N是大气的分子密度（个/cm3）；P是气体的压力，即表征现在所说的真空度（Pa）；T是热力学温度（ K ）。从这个公式可以知道，真空容器中气体分子的密度与真空度和温度都有关系。在月球表面每1cm3空间的中还有几千个气体分子。在标准状态下（常温常压），1 cm3的空间中气体分子数多达1021个。 2、压力的单位 在真空的发展史中，常用到的两个表征压力的单位是T orrt和Pa。Torr =1mmHg,，Torr与 Pa之间的关系是如何推算呢？物理学中，计算压力的公式是：P = ρgh式中，P代表气体的压力（Pa）；ρ是密度（水银的密度为136 kg /m3）；g是重力加速度（9.8 m/s2）;h是表征压力的水银柱高度（m）。如果以1个大气压来计算，将h =0.76 m 代入上式，可得P ≈105 Pa 。如果以h = 1 mm =10-3m代入，则得
P ≈ 133 Pa。这就是说1Torr ≈ 133 Pa。Pa是代表压力的国际计量单位。中国真空网上，压力的单位都有用Pa来表示。 3、稀薄气体的特性 真空条件下，容器内的气体分子数明显减少。随着分子数目的减少，分子之间、分子与器壁之间相互碰撞的次数逐渐减少。这就给气体分子在空间的自由飞行创造了有利的条件。与此同时，一个在真空物理中的专用名词——“平均自由程”就出现了。平均自由程指的是分子的分子是自由运动的平均路程。即分子在热运动的过程中经过两次碰撞后行进的路程。由于分子的热运动总是处于杂乱无章的状态中，所以这种自由运动的路程绝对不会是相同的。为了说明问题，就把许多分子经过两次碰撞后行进的路程进行平均计算，这个值就叫做气体分子的平均自由程。在真空物理中，它的近似计算公式是λ= 5×10-3/P 式中, λ是气体分子的平均自由程（cm）；P是压力（Pa）。 λ的大小实际上反映了气体的稀薄程度。按上式计算，在常压下，λ= 0.06 μ当P = 10-6 Pa 时,λ= 5000m。这时，气体分子之间相互碰撞的机会已经很小了。在许多真空应用中，正是利用了这个特殊的环境条件。 随着容器内气体分子数目的减少，自然就出现了真空度不断提高的过程。“真空度”又是一个在真空物理中经常出现的专有名词。也表征了低压容器中气态物质的稀薄程度。气体压力越低，它的稀薄程度就越大，即真空度越高。因此，低压力与高真空或高压力与低真空在含意上是完全相同的。
1.真空镀膜机真空抽不上去: 抽空时间相同，而真空度偏低，这时候关闭主阀，如真空计指针很快下降，多数情况是真空室漏，应先查出漏点。如真空计指针下降很慢，多数情况是真空机组抽气能力不够，重点查找真空泵及阀门看哪里出现泄漏，或是扩散泵油污染或氧化；或前级管路密封不好，泵油不足；或泵油乳化，轴封漏油等。漏--分内漏和外漏，较大的漏点可以用火焰法，利用气流能使火焰偏离的原理，先抽上真空，比如用蜡烛或打火机在可疑点附近逐步查寻，会发现火苗向漏点偏移，则可找到漏点。查找小漏和微漏：利用在高真空状态下电离管对某些气体反应敏感来检漏，比如丙酮或乙醇，用医用注射器向可疑的地方喷射丙酮或乙醇，喷到漏点时，电离计的指针会有明显摆动。用这种方法检漏一定要有耐心，一定要等到电离计的示值稳定了--也就是真空机组的抽气能力和漏率平衡了，然后再喷射。最好是反复几次，确认漏点。内漏多发生在有水冷套的设备上，查外漏没有发现疑点，但是却有以下现象：机械泵的抽速明显偏低、真空计示值低、机械泵油很快乳化、真空室内的铁基零部件明显锈蚀。具备以上条件基本可以确定有内漏。 2.真空淬火炉达不到真空度:可能是真空机组
的抽气能力不够，也可能是漏率偏高，或两者都有，将真空室抽到一定的真空状态后，关闭真空阀，如果真空计数值上升很快，多数情况是真空室漏，这时应先查出漏点并且治漏。如真空计数值上升很慢，就可能是真空机组抽气能力不够，重点查找真空泵及阀门的泄漏上，或真空泵油污染、氧化，或前级管路密封不好，泵油不足，或泵油乳化，轴封漏油等，这时要更换真空泵油或直接更换真空泵。如果设备真空度在短时间内迅速下降，一般是炉门、真空阀、中间隔热门等动态密封件老化、划伤及氧化皮脱落至密封线上所致，可以通过清理更换密封件，手动开关阀门检修。如果没有问题，那就检查真空室与外界接口位置，如连接法兰、水冷电极、管道及真空管等，有时可使用丙酮检漏法观察真空度变化，仔细查找漏点。实在找不到漏点的话，就要把所有怀疑可能漏气的地方全部拆检并重新安装，或者加工实心法兰堵住后进行试验。 3.真空镀膜机抽气慢:从粗抽开始检查,如果抽的时间就长,那就是滑阀泵有问题,或前面的管道有漏气,如果粗抽没问题就是扩散泵的事了,一般是清理泵腔换掉泵油。 4.真空镀膜机维修：一、当正在镀膜时真空度突然下降
第七单元真空技术 7-0 真空技术基础知识 “真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。真空的发现始于1643，那年托利拆利（E.Torricelli）做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa的极高真空。 在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。 一、真空物理基础 1．真空的表征 表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。 2在SI单位制中，压强单位为牛顿/米（N/m2）： 2 1牛顿/米=1帕斯卡（Pascal），（7-0-1） 帕斯卡简称为帕（Pa），由于历史原因，物理实验中常用单位还有托（Torr）。1标准大气压（atm）=1.0135×105(Pa)， 1托=1/760标准大气压（7-0-2） 1托=133.3帕斯卡 习惯采用的毫米汞柱（mmHg）压强单位与托近似相等（1mmHg=1.00000014）托。各种单位之间的换算关系见附表7-1 2．真空的划分 真空度的划分（不同程度的低气压空间的划分）与真空技术的发展历史密不可分。通常可分为：低真空（10~10Pa）、高真空（10 （低于10-103-1-1-6-10~10-6Pa）、超高真空（10~10Pa）和极高真空Pa）。 20世纪70年代进一步提高到的宽达20个数量级的真空度范围，并随着某些新技术、新材料、新工艺的应用和开拓，将进一步接近理想的真空状态。 3．描述真空物理性质的主要物理参数 （1）分子密度：用于表示单位体积内的平均分子数。气体压强与密度的关系为p=nkT （7-0-3）
真空技术基础知识 龚建华
刖言 1. 真空 "真空”来源于拉丁语"Vacuum ”，原意为"虚无”，但绝对真空不可达到，也不存在。 只能无限的逼近。即使达到 10-14 — 10-16托的极高真空，单位体积内还有 330—33个分子。 在真空技术中，“真空”泛指低于该地区大气压的状态，也就是同正常的大气比，是较为 稀薄的气体状态。真空是相对概念，在“真空”下，由于气体稀薄，即单位体积内的分子数 目较少，故分子之间或分子与其它质点（如电子、离子）之间的碰撞就不那么频繁，分子在 一定时间内碰撞表面（例如器壁）的次数亦相对减少。这就是“真空”最主要的特点。利用 这种特点可以研究常压不能研究的物质性质。如热电子发射、基本粒子作用等。 2. 真空的测量单位 一、用压强做测量单位 真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度， 作为这种量度，最直接的物理量应该是单位 体积中的分子数。但是由于分子数很难直接测量， 因而历来真空度的高低通常都用气体的压 强来表示。气体的压强越低，就表示真空度越高，反之亦然。 根据气体对表面的碰撞而定义的气体的压强是表面单位面积上碰撞气体分子动量的垂 直分量的时间变化率。因此，气体作用在真空容器表面上的压强定义为单位面积上的作用力。 压强的单位有相关单位制和非相关单位制。 相关单位制的各种压强单位均根据压强的定 义确定。非相关单位制的压强单位是用液注的高度来量度。 下面介绍几种常用的压强单位。 【标准大气压】（atm ） 1标准大气压=101325帕 【托】（Torr ） 1托=1/760标准大气压 【微巴】（卩ba 1卩ba=1达因/厘米2 【帕斯卡】（Pa ）国际单位制 1帕斯卡=1牛顿/m2 【工程大气压】（at ） 1工程大气压=1公斤力/厘米 二、用真空度百分数来测量 3. 真空区域划分 有了度量真空的单位， 就可以对真空度的高低程度作出定量表述。 此外，为实用上便利 起见，人们还根据气体空间的物理特性、 常用真空泵和真空规的有效使用范围以及真空技术 应用特点这三方面的差异， 定性地粗划为几个区段。 但这种划分并不是十分严格的， 下面介 绍一种划分方法。 粗真空V 760~10托 低真空v 10~10-3托 高真空v 10-3?10-8托 超高真空v 10-8?10-12托 极高真空v 10-12托 4. 真空技术在国民经济中的应用 真空技术在工业生产和近代科学的发展中已日益渗透到各个领域，成为电子、冶金、 机械、食品、化工、半导体、低温技术、原子能、宇航等国防、国民经济、科研部门中必不 可少 式中P 的单位为托, 760-P 760 100% ；为真空度百分数。此式适用于压强高于 托时。
真空技术基础 一个标准大气压为1.0133×105 帕。“真空”是指气压低于一个大气压的气体状态。在真空状态下，单位体积中的气体分子数大大减少，分子平均自由程增大，气体分子之间、气体分子与其它粒子之间的相互碰撞也随之减少。这些特点被应用于科研、生产的许多部门中。例如：加速器，电子器件，大规模集成电路，热核反应，空间环境模拟，真空冶炼等。在高真空中，由于材料中易挥发物的损失，表面吸附层的变化，物体表面特性也随之改变。七十年代以来，表面科学的研究一直十分活跃，它不仅有很强的理论性，还有重大的应用价值。随着科研、生产的发展，获得并保持真空已形成一门相应的技术??真空技术。它包括：真空的获得、真空测量、检漏、真空系统的设计等。 依据真空概念，低于一个大气压的气体状态称为真空。真空度愈高，压强愈低，故用气体压强表示真空度。我国采用国际单位??帕(Pascal)，以前曾长期使用另一真空度单位托。 一、真空的获得 1. 机械泵 机械泵是利用机械方法使工作室的容积,周期性地扩大和压缩来实现抽气的。属于这一类型的有活塞抽气机和旋转抽气机。这是一种低真空泵，单独使用时可获得低真空，在真空机组中用作前级泵。 旋片式真空泵结构如图3-1 所示。主要部件为圆筒形定子、偏心转子和旋片。工作原理 如图3-2 所示。偏心转子绕自己中心O 轴按箭头所示方向转动，转动中定子、转子在B 处保持接触、旋片靠弹簧作用始终与定子接触。两旋片将转子与定子间的空间分隔成两部分。进气口C 与被抽容器相连通。出气口装有单向阀。当转子由(a)转向(b)时，空间A 不断扩大， 气体通过进气口被吸入；转子转到(C)位置，空间A 和进气口隔开，转到(d)位置以后，气体受到压缩，压强升高，直到冲开出气口的单向阀，把气体排出泵外。转子连续转动，这些过程就不断重复，从而把与进气口相连通的容器内气体不断抽出，达到真空状态。 机械泵在工作过程中，转子在快速运动，两片旋片在不断伸缩，在定子与转子、旋片与定子、旋片与转子各自的接触处都存在磨擦，同时为了实现相对运动，活动零件相互间留有一定的公差，即存在着微小间隙。因此整个泵体必须浸没在机械泵油中，才能工作。泵油起着密封润滑和冷却的作用。 机械泵使用注意事项为： (1) 机械泵转子转动方向,必须按泵上规定方向,不能反向。否则会把泵油压入真空系统。 (2) 由于被抽气体在泵内被压缩，而且压缩比又大，如气体中含有蒸汽，会因压缩而凝成液体混人泵油中排不出去。因此，一般机械泵不宜用于抽蒸汽，或含蒸汽较多的气体，具有气镇装置的机械泵，才适于抽含有蒸汽气体。 (3) 机械泵停机后要防止发生“回油”现象（为什么会发生回油？）。为此停机后须将进气口与大气接通，也可在机械泵进气口接上电磁阀，停机时，电磁阀断电靠弹簧作用转向接通大气。
实验十 真空的获得与测量 实验目的 1．学习高真空的获得与测量方法。 2．熟悉有关设备和仪器的使用方法。 实验仪器 高真空装置，机器泵，扩散泵，复合真空计，检漏仪。 实验原理 真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用。真空技术主要包括真空的获得、测量和检查漏气等方面的内容。 1．高真空的获得 获得真空用真空泵。真空泵按工作条件的不同分为两类：能够在大气压下工作的真空泵称为初级泵（如机器泵），用来产生预备真空，需要在预备条件 下才能工作的真空泵称为次级泵（如扩散泵），次级泵用来进一步提高真空度，获得高真空。 （1）机器泵 一般采用油封转片式机器泵，其结构如图3－10－1所示，在圆柱形气缸（定子）内 有偏心圆柱作为转子，当转子绕轴转动时，其最上部与气缸内表面紧密接触，沿转子的直径装有两个滑动 片（简称滑片），其间装有弹簧，使滑动片在转子转动时与气缸内表面紧密接触，当转子沿箭头所指方向 转动时，就可以把被抽容器内的气体由进气管吸入而经过排气孔，排气阀排出机械泵。为了减少转动摩擦和防止漏气，排气阀及其下部的机械泵内部的空腔部 分用密封油密封。机械泵用的密封油是一种矿物油，要求在机械泵的工作温度下有小的饱和蒸汽压和适当 的粘度，机器泵的极限真空度一般在10－2～10 －4mmHg ，抽气速率一般为每分钟数十升到数百升。 （2）扩散泵 一般多采用油扩散泵，其结构如图3－10－2所示，扩散泵是高真空泵，当机器泵的极限真空度不能满足要求时，通常加扩散泵来获得高真空。 这种泵不能从通常气压下开始工作，只能在低于1Pa 气压下才能工作。因此，必须与初级泵串联使用。 油扩散泵使用的工作液体有许多种，目前广泛使 用的是274号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－7 Pa ）和275号硅油（20℃时饱和汽压 为1.3×10－8 Pa ）。
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。 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
真空技术基础知识 前言 1. 真空 “真空”来源于拉丁语“V acuum ”,原意为“虚无”,但绝对真空不可达到,也不存在。只能无限的逼近。即使达到10-14—10-16托的极高真空,单位体积内还有330—33个分子。 在真空技术中,“真空”泛指低于该地区大气压的状态,也就就是同正常的大气比,就是较为稀薄的气体状态。真空就是相对概念,在“真空”下,由于气体稀薄,即单位体积内的分子数目较少,故分子之间或分子与其它质点(如电子、离子)之间的碰撞就不那么频繁,分子在一定时间内碰撞表面(例如器壁)的次数亦相对减少。这就就是“真空”最主要的特点。利用这种特点可以研究常压不能研究的物质性质。如热电子发射、基本粒子作用等。 2. 真空的测量单位 一、用压强做测量单位 真空度就是对气体稀薄程度的一种客观量度,作为这种量度,最直接的物理量应该就是单位体积中的分子数。但就是由于分子数很难直接测量,因而历来真空度的高低通常都用气体的压强来表示。气体的压强越低,就表示真空度越高,反之亦然。 根据气体对表面的碰撞而定义的气体的压强就是表面单位面积上碰撞气体分子动量的垂直分量的时间变化率。因此,气体作用在真空容器表面上的压强定义为单位面积上的作用力。 压强的单位有相关单位制与非相关单位制。相关单位制的各种压强单位均根据压强的定义确定。非相关单位制的压强单位就是用液注的高度来量度。 下面介绍几种常用的压强单位。 【标准大气压】(atm) 1标准大气压=101325帕 【托】(Torr) 1托=1/760标准大气压 【微巴】(μba) 1μba=1达因/厘米2 【帕斯卡】(Pa)国际单位制 1帕斯卡=1牛顿/m2 【工程大气压】(at) 1工程大气压=1公斤力/厘米2 二、用真空度百分数来测量 %100760 760%?-=P δ 式中P 的单位为托,δ为真空度百分数。此式适用于压强高于一托时。 3. 真空区域划分 有了度量真空的单位,就可以对真空度的高低程度作出定量表述。此外,为实用上便利起见,人们还根据气体空间的物理特性、常用真空泵与真空规的有效使用范围以及真空技术应用特点这三方面的差异,定性地粗划为几个区段。但这种划分并不就是十分严格的,下面介绍一种划分方法。
真空基础知识 一、真空的概念 真空应理解为气体较稀薄的空间，具体地讲：在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。 真空状态下，气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值来表示真空度的高低。 二、真空度的测量 测量低于大气压的气体压强的工具称为真空计。真空计可以直接测量气体的压强，也可以通过与压强有关的物理量来间接测量压强，前者称为绝对真空计，后者称为相对真空计。 常用压强单位换算表
三、真空压域的划分 四、真空特性 * 防止氧化 * 脱气作用 * 元素蒸发作用 * 真空镀膜脱脂作用 五 、真空应用 ①生活方面： 各种真空包装、真空保鲜等。 ②工业生产方面： 真空热处理 真空清洗 真空干燥 真空焊接 六、抽真空系统的组成 根据设备极限真空度的要求和排气量的多 少确定抽真空系统的组成，如上图示： 高真空5×10-2Pa以上至10-5Pa 【常用的真空度】
主泵选用油扩散泵，前级泵为机械泵 增压泵——罗茨泵根据应用实际情况选定 选用原则为：前级泵/罗茨泵==（1/5~1/10） 七、真空热处理种类 真空退火：消除降低组织的不均匀性，去除内应力改善其可塑性。 真空回火：消除机加工过程中的内应力。 真空淬火：（气淬、油淬）在加热后快速冷却使其材料硬化， 真空渗碳：在真空加热中，在负压渗碳气氛中进行渗碳。 真空离子渗碳：对金属表面进行硬化的一种新的真空化学热处理。 真空化学热处理：真空碳氮共渗，真空渗硼等工艺（正在完善化）。 真空辉光离子氮化：一般为离子氮化在高压直流电场下进行。 真空渗金属：通过高压在真空中渗金属。 八、真空焊接的应用 ①、应用范围： 国防系统：雷达天线、微波传送系统、加固机箱机柜。 民用：铝散热器、民用铝制品。 ②、真空钎焊的优越性（先进性） 焊缝光滑连接性好 焊接强度高 焊接重复性好（产品一致性好） 焊接件变性小 ２、钎焊技术 一、工作原理 钎焊是两种相同或不同的材料达到连接时，采用比母材熔点低的材料充当钎料。当被连接的零件和钎料加热到钎料熔化时，利用液态钎料在母材表面间隙中湿润、毛细流动并与母材相互溶解、扩散从而达到被连接零件间的连接。 而真空钎焊是指整个钎焊过程是在真空设备中进行的。其基本工艺过程如
镀膜玻璃基础知识培训 一、产品分类及产品代号 1、产品分类： 1）按厚度分：3，4，5，6，8，10，12mm ，15mm等类。 2）按颜色分：灰，银灰，银，金，茶，蓝，蓝绿，绿，浅蓝等颜色。 3）按等级分：优等品和合格品。 4）按基片分：透明玻璃、本体着色玻璃。 5）按原片加工方式分：普通热反射镀膜玻璃，钢化热反射镀膜玻璃和热增强热反射镀膜玻璃，离线热弯镀膜玻璃，离线钢化镀膜玻璃和离线热增强镀膜玻璃。 6）按性质分可以分为阳光控制镀膜玻璃、低辐射镀膜玻璃LOW-E。 2、玻璃基片及其代号 1）根据所用玻璃基片的不同，其基片的分类及代号如下： 1 –透明浮法玻璃 2 –绿色着色玻璃 3 –灰色着色玻璃 4 –茶色着色玻璃 5 –蓝色着色玻璃 6 –蓝绿色着色玻璃 7 –天蓝色着色玻璃 2）相同型号或颜色的玻璃基片来自不同厂家或同一厂家不同的着色原片时，在产品代号的最末加一个英文字母来区别。 3、产品代号 1）产品代号为五部分的紧密排列，分别表示产品生产厂家、反射特征、基片类型、生产工艺编号和基片生产厂家或特性。 2）第一部分用一个大写英文字母“C”表示南玻集团产品。如CCS108S 3）第二部分两个大写字母表示以透明玻璃为基片时，产品呈现的反射色特征及成膜性质。 4）第三部分用一个阿拉伯数字表示基片的分类。 5）第四部分数字表示产品以6mm透明玻璃为基片时，该颜色的透过率。 6）第五部分用一个大写字母表示基片的生产厂家或特性。如S表示南玻的白玻。F表示F绿玻。 如CSY208F中的C表示南玻产品，SY表示灰色产品。2表示绿色着色玻璃，08表示该产品的透过率在8%。F代表F绿原片。 二、从膜代号上怎样区分阳光控制玻璃和LOW-E镀膜玻璃？
前言 1.真空 “真空”来源于拉丁语“Vacuum”，原意为“虚无”，但绝对真空不可达到，也不存在。只能无限的逼近。即使达到10-14—10-16托的极高真空，单位体积内还有330—33个分子。 在真空技术中，“真空”泛指低于该地区大气压的状态，也就是同正常的大气比，是较为稀薄的气体状态。真空是相对概念，在“真空”下，由于气体稀薄，即单位体积内的分子数目较少，故分子之间或分子与其它质点（如电子、离子）之间的碰撞就不那么频繁，分子在一定时间内碰撞表面（例如器壁）的次数亦相对减少。这就是“真空”最主要的特点。利用这种特点可以研究常压不能研究的物质性质。如热电子发射、基本粒子作用等。 2.真空的测量单位 一、用压强做测量单位 真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度，作为这种量度，最直接的物理量应该是单位体积中的分子数。但是由于分子数很难直接测量，因而历来真空度的高低通常都用气体的压强来表示。气体的压强越低，就表示真空度越高，反之亦然。 根据气体对表面的碰撞而定义的气体的压强是表面单位面积上碰撞气体分子动量的垂直分量的时间变化率。因此，气体作用在真空容器表面上的压强定义为单位面积上的作用力。 压强的单位有相关单位制和非相关单位制。相关单位制的各种压强单位均根据压强的定义确定。非相关单位制的压强单位是用液注的高度来量度。 下面介绍几种常用的压强单位。 【标准大气压】（atm） 1标准大气压=101325帕 【托】（Torr） 1托=1/760标准大气压 【微巴】（μba） 1μba=1达因/厘米2
【帕斯卡】（Pa ）国际单位制 1帕斯卡=1牛顿/m2 【工程大气压】（at ） 1工程大气压=1公斤力/厘米2 二、 用真空度百分数来测量 %100760 760%?-=P δ 式中P 的单位为托，δ为真空度百分数。此式适用于压强高于一托时。 3. 真空区域划分 有了度量真空的单位，就可以对真空度的高低程度作出定量表述。此外，为实用上便利起见，人们还根据气体空间的物理特性、常用真空泵和真空规的有效使用范围以及真空技术应用特点这三方面的差异，定性地粗划为几个区段。但这种划分并不是十分严格的，下面介绍一种划分方法。 粗真空＜760~10托 低真空＜10~10-3托 高真空＜10-3~10-8托 超高真空＜10-8~10-12托 极高真空＜10-12托 4. 真空技术在国民经济中的应用 真空技术在工业生产和近代科学的发展中已日益渗透到各个领域，成为电子、冶金、机械、食品、化工、半导体、低温技术、原子能、宇航等国防、国民经济、科研部门中必不可少的新技术之一。其应用具体包括在如下几个方面。 一、 形成压差，可以做功。 二、 提高热、电绝缘性能。 三、 利用真空，撤除氛围气体屏障。 四、 延长粒子飞行路径。 五、 减少有害气体作用。 六、 促成材料出气效应。 七、 模拟宇宙环境。