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1、真空物理基础,苟伟,一、真空基础,内容提要： 什么是真空？（工业标准的真空） 真空的衡量（单位及换算关系） 真空的划分（低、中、高和超高真空） 真空的获得（泵的类型，泵的原理及真空系统） 真空的测量（各种常见真空测量装置） 真空的应用（真空在各个领域的应用） 镀膜领域中的真控技术,真空的定义,1大气压下气体分子密度约为2.6871025/m3； 气压110-4Pa的高真空中，气体分子密度约为2.651016/m3； 宇宙中，气体分子密度109/km3，甚至每km3只有几个气体分子。,按照工业标准的规定，真空绝不是“完全空”，而是一种“低于一个标准大气压的气体充满空间的状态”。由此可知，工业领域
2、所说的真空，与我们平时想象中的“完全空”的真空相差十万八千里。空无一物的理想真空，实际上是不存在的。,真空真的是“什么都没有”吗?,气体分子密度可以接近于零，却不是零。,真空的衡量,真空是一种环境，其衡量单位就是气体压力，压力值越低，真空度就越高,常用单位有：（1）Pa,（2）mbar,（3）Torr(mTorr),压强单位换算关系表,真空的意义,Monolayer Coverage Time For an ideal gas, the time needed for monolayer coverage is given by: tML1019/ZA where ZA is impingem
3、ent rate. Impingement Rate (Flux) For an ideal gas, the impingement rate is given by: ZA=v/4 where,-the number density of gas molecules v - the mean velocity,不同真空条件下气体分子的状态,真空的划分,根据GB316382，真空区域大致划分如下：,真空的获得,常用真空泵的工作压强范围及起动压强：,低真空泵 或初抽泵,高真空泵,超高真空泵,备注：红色字体为气体传输泵，即通过将气体不断吸入并排出真空泵达到抽气的目的；其余的为气体捕获泵，利用各种
4、吸气材料所特有的吸气作用吸出气体达到目的。,真空泵型号及代码含义,真空泵型号及规格的表示方法 根据中华人民共和国机械行业标准JB/T7673-95的规定，国产各种真空泵是由基本型号和辅助型两部分组成，两者中间为一横线。其表达型式为123456。格中数字123表示基本型号，456表示辅助型号。 国产真空泵的型号通常以下表中的汉语拼音字母来表示。若在拼音字母前冠以“2”字，则表示泵在结构上为双级泵。 某些真空泵系列对其抽气速率则以几何级数来分档。其单位是“L/S”。共分18个等级，分别为0.2，0.5，1，2，4，8，15，30，70，150，300，600，1200，2500，5000，1000
5、0，20000，40000。真空泵系列有时也可用泵的入口尺寸来表示，其单位是“mm”。由于泵的种类较多，选用时应参阅不同生产厂家的产品说明书式样本，是很重要的。,常用真空泵的汉语拼音及名称,最常见泵的工作原理,旋片式机械真空泵工作原理,旋片S2与进气门G之间空腔的区域I的体积逐渐增大，使被抽容器中的气体由进气门进入此区域,（a）:,（b）:,同时旋片S1与排气门D之间空腔的体积逐步减小，其中的气体不断地从排气门被挤出,（c）:,（d）:,旋片S1将区域I与进气门隔开，此时区域I的吸气空腔的体积最大,旋片S1开始将区域I内的气体压缩并从排气门排出,最常见泵的工作原理,油扩散泵工作原理,接机械泵,
6、扩散泵油被泵外电炉加热产生油蒸气,油蒸气沿蒸气导管上升到管顶,油蒸气经伞形喷嘴向下喷出产生射流,气体分子与射流中油分子碰撞发生动量交换,气体分子与射流一起向下运动,油蒸汽与水冷的泵壁相遇而冷却回流 气体分子则被带到排气口附近被抽走,最常见泵的工作原理,涡轮分子泵工作原理,当侧的气体分子与叶片相碰后反射方向在1角内的将又回到侧；撞击在1 角内再反射的气体分子将进入侧；反射方向在1角内的气体分子最后将进入到侧或散射回侧。,动叶片工作原理图,12， 12,真空系统,目前，由于真空泵极限压强的存在，没有一种真空泵能单独从大气抽气至高真空，必须前段使用粗抽泵从大气抽至约2-5Pa，再利用高真空泵抽气至高
7、真空。,机械泵+罗茨泵+油扩散泵,机械泵+涡轮分子泵,极限压强：是表示真空泵性能的重要参数之一，指当标准容器作为负载时，使泵按规定的条件正常工作一段时间，真空度不再变化而趋于稳定时的最低压强。,真空的测量,一些真空计的压力测量范围,热偶真空计测量低真空,灯丝的热量损失包括：热丝和热偶间的热传导；灯丝的热辐射；气体分子的热传导。在通过热丝的电流一定的条件下，灯丝辐射热量不变。10210-1Pa时，热丝热偶间热传导很小。,测量范围为：10210-1Pa（气体分子热传导损失为主）。,电离真空计 测量高真空,加速极的电势比灯丝高,收集极的电势比灯丝低,灯丝电路F-F中通以电流，灯丝受热后便发射热电子,螺旋状栅极G-G电压高于灯丝（几百伏），吸引热电子使热电子加速,B 与真空系统相接,收集极A电压比灯丝负（几十伏），反射电子,电子在往返途中与气体分子相碰，产生正离子和电子。收集极捕获正离子形成离子电流Ip；电子被处于正电势的加速极收集形成发射电流Ie。,Ip=kIeP Ie一定时，Ip与压强成正比,测量范围为10-1-105 Pa,真空的应用,表 4 不同真空状态下各种真空工艺技术的应用概况,真空表面技术,
