四室超高真空系统

物理实验技术中的超高真空环境的操作与维护指南简介超高真空（Ultra-high vacuum，简称UHV）是物理实验中常用的一种环境，在这个环境下能够有效地消除气体分子、灰尘颗粒等对实验的干扰，因此在许多实验中都需要使用超高真空环境。

本文将介绍在物理实验中的超高真空环境的操作与维护指南，以帮助实验人员正确使用和维护超高真空设备。

一、超高真空的概念与特点超高真空是指气压低于10^-9帕的真空环境，这样的低压环境能够有效地去除大部分气体分子、灰尘颗粒等杂质，从而提供一个高纯度、无干扰的实验环境。

在超高真空环境下，气体分子的平均自由程很长，因此相互碰撞的几率极低，使得实验结果更加准确可靠。

二、超高真空环境的建立与维护要点1. 净化气源：在建立超高真空环境前，需对气源进行净化处理，包括过滤除尘、冷凝等步骤，以确保进入真空系统的气体纯净无杂质。

2. 泵系统选择：超高真空环境需要使用高效的真空泵系统，常见的有离心泵、分子泵等。

根据实验需求和实验设备的要求，选择适当的泵系统，并定期检查和维护泵系统的工作状态。

3. 气体排放控制：在实验过程中，会产生大量气体排放，需通过气体排放系统将其排至合适的位置，防止气体污染实验环境。

4. 清洁与维护：超高真空设备要保持干净整洁，避免灰尘、油污等杂质的进入。

定期清洗设备表面，并确保材料的良好密封，以保持超高真空环境的稳定。

三、超高真空设备的操作技巧1. 确保气密性：超高真空设备的密封性非常重要，因此在操作过程中要注意确保所有连接部分的严密性，避免气体泄漏。

2. 预热设备：在使用前，需对设备进行预热处理，以去除残留的气体和水分，防止对实验结果的干扰。

3. 操作稳定性：在超高真空环境下，操作需尽量保持稳定，并避免过快或过慢的操作，以免引起设备损坏或实验结果的不准确。

4. 压力监控：定期监测超高真空系统的压力，根据实验要求调整和维持恰当的压力范围，以确保实验的顺利进行。

四、常见问题与解决方法1. 气体泄漏：当发现超高真空系统的泄漏，首先需要使用泄漏检测仪器定位泄漏位置，然后采取适当补救措施，如更换密封件、修复漏点等。

超高真空团簇束流淀积系统( Ultra-High Vacuum Cluster Beam System UHV-CBS)
注意事项：
1.本系统在超高真空环境下工作≤10-5 Pa，注意保持良好的密封，避免油污微尘等杂物进入沉积腔，影响真空度。

2.真空系统由机械泵前级泵和分子泵后级泵构成，分子泵的工作条件在≤10Pa，故启动时要注意，先开分子泵。

3. 在密封法兰时，注意用均匀拧紧螺母，以免压坏铜圈，造成漏气。

4.安装靶材是注意靶材与外罩之间短路。

5. 检查水冷机的水位是否在安全线以上，机械泵的泵油是否充足。

简易操作流程：
1．打开¢ 200的法兰，拆除靶材的外屏蔽罩，跟换需要沉积的靶材。

2. 放入靶材并安装外罩，安装时用厚度为0.5mm 的测量刀片，测试外罩与靶材之间的缝隙，通过调节底部的螺母，使缝隙适中，并密封¢ 200的法兰
3. 安装溅射电源线，到靶材的底托的外接口。

4. 安装衬底到沉积腔的样品架上，并用十字螺丝刀锁紧。

5. 在沉积前对系统的外观做一个整体的观察，看有无明显的异常。

6. 关闭气镇，代开总电源，key。

启动器械泵，启动水冷机(启动前观察水位是否在安全线以上)，打开后¢ 25后角阀。

7.启动机械泵，打开真空计，待示数≤10Pa时打开三个分子泵。

8．启动电离规，待示数≤5×10-5Pa时，通入氩气，打开流量计，通入少量的氩气清洗管道，清洗完之后关上后面的¢ 25后角阀。

使用超高真空系统进行表面科学实验的方法使用超高真空（Ultra-high vacuum，UHV）系统进行表面科学实验是一种常见的实验手段。

超高真空所指的是真空度达到10^-9至10^-11帕（Pascal）的范围，是目前最高的真空度。

在这样的高真空环境下，可以研究材料的表面结构、表面反应以及表面性质的变化，为材料科学和工程领域提供了重要的实验条件。

本文将介绍使用超高真空系统进行表面科学实验的方法和一些关键技术。

1. 超高真空系统的组成超高真空系统由真空室、抽气系统、检测系统和样品处理系统组成。

真空室是实验的基础，通常采用不锈钢材料，并采用高强度焊接和密封技术来保证系统的真空度。

抽气系统用于将系统内的气体抽出，通常包括机械泵、分子泵和离子泵。

检测系统用于测量气体种类和浓度，常见的检测手段包括质谱仪、热电偶、离子计以及慢中子反射仪等。

样品处理系统则用于在超高真空环境下对样品进行处理，如清洗、退火等。

2. 实验前的准备工作在进行表面科学实验之前，需要对超高真空系统进行充分的准备工作。

首先要确保系统的真空度达到要求，通常需要进行漏气检测和泵速测试。

漏气检测是通过增压或减压法来检测泄漏点，并采取相应的措施进行修补。

泵速测试是通过测量真空室内的气体泄漏速率来评估抽气系统的泵速性能，确定系统的真空度。

然后需要对实验室环境进行处理，如消除振动、降噪、控制温度等。

最后，要对实验装置进行干燥、清洁和高温处理，以保证实验环境的洁净度。

3. 样品的制备和加载样品的制备和加载是超高真空表面科学实验的重要环节。

首先，要选择合适的样品。

通常选择纯度较高、表面结构均匀、容易操纵的样品进行实验。

样品的制备方式多种多样，可以通过化学法、物理法或者机械加工等方法得到所需的样品。

然后，需要将制备好的样品加载到超高真空系统中，这通常需要一个专门的样品加载装置。

样品的加载应避免空气进入系统，并尽量保持样品的洁净度。

4. 表面分析技术和实验方法超高真空表面科学实验中常用的分析技术包括扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy，STM）、原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）、X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）、透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）等。

超高真空的真空度范围超高真空，这个词听起来就让人有点懵，像个科学实验室的外星语言。

其实说白了，它就是空气被抽得超干净的状态，基本上比你家窗户清洁得还彻底。

你可能在想，什么叫超高真空？那就来聊聊它的真空度范围吧。

普通的真空，咱们一般理解为抽真空，像家里的吸尘器，那种把空气抽得干干净净的感觉。

而超高真空呢？它的标准是10^7托到10^12托，听起来像是在说数字游戏，但这可是真正的科技黑科技！科学家们在做实验的时候，特别需要这样的环境，毕竟，连一小撮空气分子都可能干扰到他们的结果，真是细致得跟挑剔的美食家一样。

想象一下，超高真空的环境就像是一个完美无瑕的球场，没有任何干扰，没有任何杂音，只有你和你的研究在进行。

空气分子不在了，尘埃不在了，连光都变得不同。

在这个领域，最让人头疼的就是如何维持这个环境。

抽真空的设备就像一个超级吸尘器，咕噜咕噜把空气吸走，留下一片静谧。

想要达到这种境界，得花费不少时间和精力，真是“功夫下得深，方能吃得香”啊。

说到应用，超高真空可是大显身手的地方。

比如，半导体行业，制造芯片的时候，超高真空环境是必不可少的。

那些小小的硅片在真空中，被精确地加工，每一步都得小心翼翼，生怕出点差错。

还有太空研究，科学家们要模拟太空环境，超高真空给他们提供了一个近乎真实的实验室。

你看看，咱们的科技真是“滴水不漏”，不容忽视。

再来说说挑战。

要维持超高真空可不是闹着玩的，设备得定期维护，真空泵要时刻保持在最佳状态。

就像车子得定期保养一样，不然真空就会“破功”，那结果可想而知。

维持超高真空的技术，简直就是在和时间赛跑，跟精打细算的老妈一模一样，一点不马虎，容不得半点疏忽。

超高真空也不是绝对完美的。

科研人员常常会遇到各种“意外情况”，像是设备故障、材料问题等等，真是一波未平一波又起。

结果出来了，发现竟然和预想的差得远，科学家们就得像侦探一样，重新查找原因。

面对这些挑战，研究人员总是以顽强的姿态迎接，真是“刀山火海也不怕”，这股劲头真让人佩服。

超高真空系统简述超高真空系统简述1.1 超高真空系统的配置真空的获取是靠减少真空系统中的气态分子数目来实现的，其主要的方法有对气态分子进行排出或者捕捉。

在此次超高真空获得实验中我们主要利用的真空获取设备有机械泵，分子泵，离子溅射泵和钛升华泵。

1.1.1 机械泵利用机械的方法抽气获得真空的设备都称为机械泵。

其大致的原理如图1所示，是利用工作室体积的周期性变化来达到目的的，在工作室体积最小的时候工作室与吸气孔连通，此后工作室体积不断变大并且在达到最大时与吸气孔断开，之后工作室体积变小且在工作室压强大于1时排气口打开，气体被排除。

图1 分子泵原理示意图属于这一类机械泵的主要有活塞泵，多叶片转到泵，油封泵等几种，在使用这一类的机械泵时要注意一般的机械泵不适宜抽蒸汽，因为蒸汽在压缩以后无法从泵中排出去。

1.1.2 分子泵分子泵主要有涡轮分子泵，牵引分子泵和复合分子泵。

涡轮分子泵是靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。

这种泵通常在分子流状态下工作。

牵引分子泵是靠气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量，被驱送到泵的出口。

复合分子泵是由以上两种分子泵串联起来组成的复合型的分子泵。

分子泵的优点是启动时间比较短，系统压强变化时不会造成损坏。

缺点是分子泵是一种次级泵，不能直接对大气进行抽气，需要配备前级泵。

所以在使用分子泵的过程中要注意启动分子泵所需要的最低真空度。

而且分子泵对氢的压缩比较低，需要使用升华泵来克服这个缺点。

1.1.3 离子泵离子溅射泵的原理如图2所示，它的阳极材料是不锈钢筒，阴极材料是钛板。

在磁场和电场的作用下通过放电过程使气体电离而实现抽气。

电离后离子在电场的作用下加速飞向阴极钛板，钛板受到轰击后钛被溅射出来，在阳极以及阳极表面形成钛膜，活性气体分子与之反应形成化合物后沉积在冷却的管道壁上，这就达到了气体抽除的目的。

溅射离子泵(200～400L/s)在10-5～10-7Pa范围作为系统的主排气泵。

横型四室连续真空烧结炉的优势【摘要】脱蜡系统自动进行脱蜡、清蜡、排蜡，横型四室连续真空烧结炉过程脱蜡室→烧结1室→烧结2室→冷却室，有四个优势。

【关键词】冷却室；连续性；独立性；真空度；烧结质量；生产能力横型四室连续真空烧结炉是生产各类电容器过程中进行烧结工艺的一台烧结设备，用于烧结阳极块。

所谓四室是指，脱蜡室、烧结1室、烧结2室、冷却室，这四个炉膛是可以相互独立工作。

四个炉膛下方有一个搬送室，是搬送室把四个室连接在一起，所谓横型，就是指阳极块在烧结炉中，在搬送室的搬运方式为横式，从左至右以链条为轨道，依次经历四个室的不同工艺来完成整个烧结过程。

下面，我们具体阐述一下横型四室连续真空烧结炉的四大优越性。

优势一，脱蜡系统的自动完成脱蜡、清蜡、排蜡的一体化。

以往的脱蜡方式是用脱蜡炉与烧结炉来共同完成阳极块的烧结过程，阳极块要先从脱蜡炉内通过温度曲线进行祛除杂质过程，阳极块在脱蜡炉内降温后取出，再进入烧结炉，烧结炉再根据烧结曲线完成烧结过程。

横型四室连续真空烧结炉则是把脱蜡过程与烧结过程有机的结合起来，使其变成连续性一体化。

也就是说，阳极块在脱蜡室完成工艺曲线后，在真空状态下直接进入烧结阶段，避免了阳极块裸露在空气中吸附杂质的现象，使阳极块的生产质量有了第一层的保障，简化了过程也就意味着节省了生产时间，比原有的降温后出脱蜡炉进烧结炉的过程节省了两个小时。

原有的脱蜡炉将除掉的杂质会集中在炉子的底部，二十四小时连续运转时，两三天就需要人工清理一次，由于杂质与粘结剂在底部凝结，吸附在炉壁上，需要人工用铲子清理，清理起来十分麻烦。

横型四室连续真空烧结炉的脱蜡系统的结构就收集与清理方式进行了新的设计，有了自动进行脱蜡、清蜡、排蜡的功能。

与脱蜡室相连的一管道的终端有两个蜡回收罐，我们称它们蜡回收罐1与蜡回收罐2（如图1）。

蜡回收罐内部套有一个小罐，小罐与大罐中部是空的，杂质与粘结剂就凝结在此。

在烧结阳极块时，首先在蜡回收罐1中的小罐内充入液氮制冷，在脱蜡过程中，杂质与粘结剂就会快速进入制冷的蜡回收罐1，吸附在小罐外壁，达到收集的作用。

横型四室连续真空烧结炉的优势作者：蒋燕来源：《科技视界》2013年第01期【摘要】脱蜡系统自动进行脱蜡、清蜡、排蜡，横型四室连续真空烧结炉过程脱蜡室→烧结1室→烧结2室→冷却室，有四个优势。

【关键词】冷却室；连续性；独立性；真空度；烧结质量；生产能力横型四室连续真空烧结炉是生产各类电容器过程中进行烧结工艺的一台烧结设备，用于烧结阳极块。

所谓四室是指，脱蜡室、烧结1室、烧结2室、冷却室，这四个炉膛是可以相互独立工作。

四个炉膛下方有一个搬送室，是搬送室把四个室连接在一起，所谓横型，就是指阳极块在烧结炉中，在搬送室的搬运方式为横式，从左至右以链条为轨道，依次经历四个室的不同工艺来完成整个烧结过程。

下面，我们具体阐述一下横型四室连续真空烧结炉的四大优越性。

优势一，脱蜡系统的自动完成脱蜡、清蜡、排蜡的一体化。

以往的脱蜡方式是用脱蜡炉与烧结炉来共同完成阳极块的烧结过程，阳极块要先从脱蜡炉内通过温度曲线进行祛除杂质过程，阳极块在脱蜡炉内降温后取出，再进入烧结炉，烧结炉再根据烧结曲线完成烧结过程。

横型四室连续真空烧结炉则是把脱蜡过程与烧结过程有机的结合起来，使其变成连续性一体化。

也就是说，阳极块在脱蜡室完成工艺曲线后，在真空状态下直接进入烧结阶段，避免了阳极块裸露在空气中吸附杂质的现象，使阳极块的生产质量有了第一层的保障，简化了过程也就意味着节省了生产时间，比原有的降温后出脱蜡炉进烧结炉的过程节省了两个小时。

原有的脱蜡炉将除掉的杂质会集中在炉子的底部，二十四小时连续运转时，两三天就需要人工清理一次，由于杂质与粘结剂在底部凝结，吸附在炉壁上，需要人工用铲子清理，清理起来十分麻烦。

横型四室连续真空烧结炉的脱蜡系统的结构就收集与清理方式进行了新的设计，有了自动进行脱蜡、清蜡、排蜡的功能。

与脱蜡室相连的一管道的终端有两个蜡回收罐，我们称它们蜡回收罐1与蜡回收罐2（如图1）。

蜡回收罐内部套有一个小罐，小罐与大罐中部是空的，杂质与粘结剂就凝结在此。

超高真空条件下的物理实验技术使用指南导语：超高真空条件下的物理实验是一项重要而复杂的技术，其影响着物理学、材料科学和纳米技术等领域的发展。

为了帮助实验人员更好地掌握这一技术，本文将以指南的形式详细介绍超高真空条件下的物理实验技术的使用方法和注意事项。

一、超高真空的概念超高真空是指在10^-9毫巴以下的极低气压环境中进行实验。

在这种条件下，气体分子的数量相对较少，避免了气体分子和实验样品之间的相互作用，为各种实验提供了稳定的环境。

1.真空系统的构成超高真空系统主要由抽气系统、封闭系统、真空度检测系统和实验样品系统组成。

抽气系统通过机械泵、分子泵等将气体排出系统，保证系统的低气压环境。

封闭系统则通过气阀等装置，控制系统与外界的气体交换。

真空度检测系统则可实时监测系统内的气体压力。

实验样品系统则是进行实验的关键部分。

2.真空度的控制与维持为了保证超高真空条件下的实验，必须对真空度进行控制与维持。

首先，抽气系统的选择和操作要合理，可以根据实验需求选择合适的泵，并合理操作，避免泵腔被大量气体污染。

其次，封闭系统的操作也至关重要，需要经常检查气阀和密封装置的状态，并保持严密封闭，避免气体泄漏。

最后，定期检查真空度检测系统的准确性，及时校准。

二、超高真空下的实验样品处理在超高真空条件下，实验样品的处理是决定实验成功的重要因素。

1.实验样品的准备首先，实验样品需要充分清洗，确保表面干净无污染物。

其次，样品的尺寸和形状需满足实验要求，例如需要进行局部加热实验时，可选择薄膜或纳米材料。

2.样品的放置与加热在放置实验样品时，要注意避免与容器壁、夹持装置等接触，以免产生不必要的对流。

同时，合理的加热装置的选择和放置也是超高真空实验的关键。

绝热固定装置等可以用来实现样品的局部或全局加热。

三、超高真空下的实验技术1.表面吸附及脱附超高真空条件下的表面吸附现象对实验的影响巨大。

因此，衡量和控制表面吸附是超高真空实验的一个重要技术。

超高真空系统搭建与维护指南一、引言在科学研究和工业生产中，超高真空技术被广泛应用于电子器件制造、材料科学研究、纳米技术等领域。

超高真空系统的搭建和维护是确保系统正常运行和实现理想实验结果的关键。

本文将介绍超高真空系统的搭建与维护指南，从硬件设备、气体处理、泄漏检测以及常见故障排除等方面进行论述。

二、硬件设备的选择与搭建1. 真空室选择超高真空系统的关键组成部分是真空室，通常采用不锈钢制作。

在选择真空室时，要考虑其尺寸、壁厚、热处理工艺以及连接接口等因素。

并且根据实际需求选择合适的门、视窗和法兰等配件。

2. 泵选型超高真空系统中的主要泵种包括离子泵、分子泵和机械泵。

离子泵是整个系统的核心，可以实现较高真空。

根据系统的抽取速度需求和泄漏率要求，选择合适型号的泵，并合理安装在真空系统中。

3. 其他组件选购超高真空系统还需要配备一些辅助设备，如真空计、阀门和温度控制器等。

在选购这些设备时，要考虑其准确度、可靠性以及与其他硬件设备的匹配性。

三、气体处理与净化1. 气体处理在搭建超高真空系统前，要将系统中的空气和水分清除。

可以通过烘干、冷凝和吸附等方法进行处理。

同时，要注意使用高纯度气体，并对气体进行过滤或去除杂质，以确保系统内的气体质量。

2. 气体净化超高真空系统中的气体净化主要包括调节流量、净化传感器和气体阀门控制等。

要确保净化设备的稳定性和可靠性，及时更换使用寿命较短的净化材料。

四、泄漏检测与排除1. 泄漏检测泄漏是超高真空系统中常见的问题，会影响系统的抽取速度和维持高真空环境。

对于泄漏检测，可以利用质谱仪、Helium质谱仪或干涉仪等高灵敏度检测设备进行。

要定期进行泄漏测试，并及时修复可能出现的泄漏点。

2. 泄漏排除当发现泄漏时，要及时确定泄漏的位置，并进行相应的维修与更换。

在拆卸组件时，要使用专业工具，并注意保护该组件的表面，避免损坏。

五、系统维护1. 清洁维护系统的清洁维护是确保超高真空系统长期稳定运行的重要环节。

几种典型的超高真空系统图
时间:2008-10-13 来源:真空技术网整理编辑:鬼马
由于原子能工业和火箭技术的发展，超高真空技术也得到迅速发展和应用。

其系统有如下几种。

①用扩散泵和钛泵并联为主泵，扩散泵单独串联前级机械泵的真空系统。

图17所示，称为钠灯超高真空封接炉的系统。

可以达到极限真空度为1.33×10-6Pa。

图17：钠灯封接用的超高真空系统图
②由扩散泵串联扩散泵(中间泵)，再串联机械泵的真空系统。

如图18，是一个超高真空系统和设备的结构图。

主泵是一个水银扩散泵，泵顶有冷却挡板和液氮冷阱，中间泵也是水银扩散泵。

在中间泵和前级机械泵之间设有油蒸气捕集器。

并设有各种单独的加热器，烘烤真空室和主泵顶部及捕集器。

该系统的特点是能获得超高真空，并能稳定工作。

图18：超高真空系统图
③主泵为分子泵串联机械泵的真空系统，该种超高真空系统，由于机械泵有油存在，需要在机械泵入口管道上设置捕集器冷凝油蒸气。

如果分子泵串联分子筛吸附泵(前级泵)，则构成了无油超高真空系统，该系统比较清洁。

④用钛泵或溅射离子泵做为主泵。

并联或串联分子筛吸附泵(做为预真空泵)，构成无油超高真空系统．如图19所示。

也可以用钛泵联接预真空机械泵，但此时机械泵的入口管道上要加油蒸气捕集器。

⑤用低温泵做为主泵，串联或并联分子筛吸附泵(预真空泵)，构成无油超高真空系统。

同样也可以用机械泵做为预真空泵，在机械泵入口管道上设置油蒸气捕集器。