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1、实验十六真空的获得与测量一、实验目的1、学会真空镀膜机的原理和使用；2、学会真空计的使用及测量真空度。实验重点：真空镀膜机的原理和使用实验难点：高真空的获得 二、实验原理1、高真空机组高真空机组由油扩散泵、机械真空泵、高真空蝶阀、低真空三通阀、磁力阀、充气阀、挡油器和储气桶等部分组成，见图。通过机械真空泵预抽真空，为高真空机组提供一个低真空工作环境（4Pa） ，只有在低真空环境下才能让油扩散泵升温工作，否则油扩散泵的升温介质硅油升温后暴露在空气中会氧化失效。磁力阀、低真空三通阀、高真空蝶阀就是为了保证高真空机组基本上处在低真空工作环境而设置的，当高真空机组停止工作后。高真空蝶阀是关闭的，切断油
2、扩散泵进气口与高真空室的通道，低真空三通阀处推进位置，切断油扩散泵出气口与高真空室的通道，磁力阀自动关闭，切断油扩散泵出气口与机械真空泵的通道，油扩散泵、储气桶以及油扩散泵与机械真空泵之间的管道均保持在一定真空下，避免这三部分暴露在空气中，减少其对空气的吸附，提高下一次抽真空的效率，也保护了硅油，延长其使用期。磁力阀还可避免机械真空泵停车后因机械真空泵出气口与进气口的压强差导致机械真空泵油反入高真空环境中。（ 1）油扩散泵油扩散泵由硅油蒸汽喷射塔、硅油池、冷却水套、水冷挡油板、水冷滤油腔和加热电炉组成，工作原理见图9。电炉加热硅油池使硅油蒸发，硅油蒸汽从喷射塔喷射出来形成气流，带走喷射口下部的
3、空气，使得口下部的空气浓度下降，喷射塔上部的空气浓度高，要向喷射塔下部扩散， 形成空气至上而下的扩散流，从而达到抽低真空下稀薄空气的目的。为了防止硅油蒸汽向上扩散，在喷射塔上部装有水冷挡油板，在其周围有冷却水包，让硅油蒸汽及时冷凝并回流到硅油池中，为了防止硅油蒸汽被前一级的机械真空泵抽走，在油扩散泵的出气端装有水冷滤油腔，使硅油蒸汽及时冷凝并回流到硅油池中。（2）机械真空泵机械真空泵的原理见图10，电动机带动偏心活塞，在气缸中转动，或塞上装有旋片，旋片在弹簧力的作用下，紧密的与气缸壁接触在一起，偏心活塞和旋片把气缸内部分割成左右两个腔体，偏心活塞转动时， 左腔体中的气体被排出，右腔体则吸入气体
4、，进气口与被抽真空的容器相连通。图10 油两个气缸和两个同步旋转的偏心活塞， 是双级旋片真空泵，两个气缸浸泡在机械泵油中与大气隔绝，机械泵油也润滑偏心活塞减小摩擦，还起散热作用。（3）储气桶储气桶装在水冷滤油腔和机械真空泵之间，当机械真空泵预抽高真空室时，高真空蝶阀被关闭， 低真空三通阀处于拉出位置，隔断了油扩散泵与机械真空泵之间的通道，储气桶为油扩散泵提供一个前级低真空空间，以维持油扩散泵可继续正常工作1 小时，不必停机。2、真空度的测量复合真空计用来监测高真空室和油扩散泵前级的真空度，它由电离真空计和热偶真空计组成。（1）电离真空计电离真空计监测高真空的真空度，其真空度传感器为电离真空规管
5、，电力真空规管的原理见图11，电离真空规管是一只三级电子管， 其封闭玻璃腔体与被测真空系统相通，腔体中的气压反映测真空系统中气压的大小。电离真空规工作时，灯丝通电加热后发射热电子，在栅极正电压的加速下，电子撞击真空规管中的气体使气体电离，电离出的正离子被负电压的收集极吸收， 电离出来的电子则被栅极吸收，在收集极和栅极之间形成电离电流，若电离规管的阴极发射电流In恒定不变，则电离电流I1的大小与电离真空规中的气体压强P 成正比，即nSIIP1式中S 为电离真空规管的灵敏度，电离电流经直流放大器加以放大，在单位标定为真空度的电流表上测量显示电离真空规中的真空度。电离真空计只能在一定的真空度下才能使
6、用，否则，电离真空计会因电离电流过大而烧毁电离真空规管。（2）热偶真空计热偶真空计测低真空的真空度，其真空度传感器为热偶真空规管，热偶真空规管由电热丝和热电偶组成，其封装玻璃腔体于被测真空系统相通，腔体中的气压放映测真空系统中气压的大小，工作原理见图12。在加热丝上通以恒定电流，加热丝发热加热热电偶，加热丝发出的热量同时也通过热偶真空规管中的空气热传导发散出去，加热丝的温度变化由气体的热导率决定，当热偶真空规管中气体压强降低时，气体的密度变小，热导率降低，造成加热丝的温度升高，热电偶的热电势也随之升高，热电势经过放大后，在单位标定为真空度的电表上测量显示热偶真空规管中的真空度。 三、实验步骤1
7、、检查高真空机组的放气阀、蝶阀是否关闭， 三通阀是否在推位；检查电子衍射仪的面板和复合真空计的仪板上各开关是否关掉。2、合上墙上的三向电源开关，打开复合真空计的电源开关，热偶规选择开关掷“测量1” ，打开电子衍射仪电源开关，按一下机械泵“开”按钮，启动机械泵。3、等待机械泵对储气桶和扩散泵抽气两三分钟后，将三通阀轻轻逆时针选一下，并慢慢拉出，到拉出位后，再轻轻顺时针旋一下卡住手柄，机械泵对高真空室抽气。此时将热偶规选择开关掷“测量2”4、等待复合真空计上低真空值指示的气压小于5Pa 后，将三通阀手柄轻轻逆时针旋一下，并慢慢推入，倒推入位后，再轻轻顺时针旋一下卡住手柄，接着顺时针旋蝶阀手柄到水平
8、位置，打开蝶阀。此时，机械泵经由出气筒、扩散泵、蝶阀和高真空室，对整个真空系统抽气。5、等待复合真空计上低真空指示的气压再次小于5Pa 后，慢慢打开扩散泵的冷却水笼头，待出水管有一小股小指头般粗细的水流流出即可，接着打开扩散泵开关，加热扩散泵油，待复合真空计上低真空指示的气压小于0.1Pa 后，才能进行镀膜，这一过程大约需要20 分钟。注意：高真空计的灯丝开关应保持在“关”位，需要读数时再打开。实验总结：本次实验获得了成功。通过真空得获得与测量实验，掌握了真空机组的结构和原理，对热偶真空计和电离真空计的原理和结构有了深入的了解，学会了获得真空的方法和技巧，掌握了复合真空计的使用方法。通过本实验， 对真空技术的理论有了深入的理解，加深了对所学相关知识的理解与记忆，冰雪到了许多理论课上学不到的知识和技能。
