真空基础和应用详解.ppt

Outlines(概述）: Key points (技术要点) Practical concerns :(实用技术） Surface (表面的真空特性) Material (真空材料的采用）: SUS（不锈钢）, Al alloy（铝合金）, ceramic（陶瓷）, plastic（塑料）, Baking（烘烤技术） Virtual leak（虚假漏气） Leak test （检漏技术） UHV （超高真空的获得） 什么是真空？ 真空：气体分子数量低于大气压状态的空间。但不是完全空的 真空术语 本底真空度：全密封真空腔体内抽空时的气压 工作真空度：实验或工艺过程所必须的气压力 极限真空度：真空泵进气口处测量得到的气压 真空规： 测量真空中气压的仪表或者传感器 气压单位间的换算关系 大气压 标准大气压： 0度时，760mm 水银柱产生的压强。 大气压： 地球表面上，大气层产生的气压 随海拔高度和纬度不同而不同，在海拔3000米以内，每升高12米，降低1torr. 工业大气压： 1am=1kg/cm2=735.56torr 一个大气压约为1公斤压力 真空的分类 根据：真空应用范围、真空物理特性、真空泵和真空规的使用范围等，划分真空度。 真空技术的发展历史 1602年，德国开始，水泵和空气泵获得真空。最好真空度0.25Torr. 1873年，白炽灯泡发明，电子管出现，真空开始应用。 1905年，旋转水银真空泵 1907年，油封旋转真空泵 1913年，分子抽气机 1915年，扩散泵，进入高真空时代 真空技术的发展历史 1948年，大量尖端技术出现，需求超高真空。发明了离子泵，可实现超高真空。 1950年前后，吸气材料被应用于真空获得。发明了Ti升华泵。 70年代，分子抽气泵被改进，发展出涡轮分子泵，可以替代扩散泵，获得高真空。 目前广泛使用涡轮分子泵获得高真空和超高真空 真空技术的发展历史 真空规的发展历史 1873年，发明压缩式真空计， 1874年，热辐射真空计（热电阻）。 1906年，热真空计（热电偶的使用） 电离真空计 1937年，磁控管真空计 1946年，辐射电离真空计 之后，各类真空计的精度逐渐提高，出现了大量改进型，目前常用有：热辐射真空计（低、中真空），热电偶真空计（中、高真空），电离真空计（高、超高真空），磁控管真空计（超高，极高真空） 真空技术中的物理基础 基本概念 平均自由程(l)：热运动的分子相继两次碰撞之间飞越的距离。 流量，抽气量(Q)：单位时间流过抽气管道的气体分子总量。单位：Torr.L/s 流导(U)：真空管道流过气体的能力。流过管道的流量与管道两端压差之比. U=Q/(P2-P1), 单位：L/s(升/秒) 真空技术中的物理基础 基本概念 分子流：分子在流动过程中自由飞行，互相之间不碰撞。高真空和超高真空下的流动。分子自由程远大于管道直径。 粘滞流：与分子流相对，分子自由程远小于管道直径，中真空下的流动。 湍流：粘滞流的一类特殊状态，流速大而粘滞强出现的不规则涡旋流动状态。 真空技术中的物理基础 基本定律和方程： 设计和分析真空系统的特征常用的基本定律 理想气体状态方程：PV=nRT 理想气体实验三定律：玻玛定律；盖吕定律和查理定律。是理想气体方程的推论。 PV=const (T,n 常数） V/T=const (P,n 常数) P/T=const (V,n常数） 阿佛伽德罗定律：阿佛伽德罗常数 N0=6.023X1023/mol P=nmvs2/3=rvs2/3=nKT m—分子质量；n—单位体积气体的分子数；vs是气体分子平均速率。 真空技术中的物理基础 气体分子的速度： 气体分子速度是随机的热运动速度。 但是其平均速率是确定的： V≈vs=(8KT/pm)0.5=150(T/M)0.5 其中，m是分子质量，M是分子量。 分子的平均自由程 l=1/pD2n, D是分子直径。 真空获得技术 真空泵 真空度测量 真空室和部件 设计真空系统 真空维持 真空获得技术—真空泵 真空泵的几个术语 抽气速率：在泵的入口处，压强为P, 单位时间内抽出的气体量为Q, 抽速Sp =Q/P, 单位：L/s 有效抽气速率：真空泵与真空室之间通常有管道，管道存在压差，减小了泵的抽速。 管道流导为U, 有效抽速 S=SpU/(Sp+