真空技术基础

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 10~1013-）、高真空（Pa 10~1061--）、超高真空（Pa 10~10-10-6）和极高真空（低于Pa 1010-）。

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%100760760%⨯-=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。

真空技术基础知识1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）21μba=1 达因/厘米【帕斯卡】（Pa）国际单位制1 帕斯卡=1 牛顿/m2【工程大气压】（at）21 工程大气压=1 公斤力/厘米二、用真空度百分数来测量% 760760P100%式中P 的单位为托，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。

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¾¾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¾¾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。