真空技术及应用第一讲.ppt

真空与低温技术应用 主讲：冯尚申、李勤涛 二0一0年九月 一、真空的基本概念 * 第一章 绪 论 真空技术：真空物理、真空获得、真空测量、真空应用。 低温技术：低温物理、低温获得、低温测量、低温应用。 没有真空技术就不可能获得超低温，没有低温技术也不能产生清洁的极高真空。 1、定义： 在物理学上认为“真空”是指没有或忽略不计气体分子和原子的物理空间，按现代量子场理论认为物理世界是由各种量子系统所组成，而量子场系统能量最低的状态就是真空 。 在工程技术上认为，真空是一种低于一个大气压的稀薄气体的空间状态 。 2、地球表面上要获得真空必须通过人工的方法来实现，所以就有了真空技术 。 3、研究真空的理论主要就是研究气体分子运动的空间过程和器壁过程。 国家大科学工程—“人造太阳”贮存环 二、真空度 1、气体的稀薄程度称之为真空度，常用气体压强来表示,Pa。 1帕（Pa）=牛顿/米2=1千克/米.秒2=7.5006×10-3托（Torr） 1托(Torr)= 标准大气压(atm)=1毫米汞高（mmHg） 1标准大气压（atm）=1.013×105 帕（Pa）=760托（Torr） 2、有时用真空度的百分数来表示工程热力学单位，一般只有在压强高于1托时才采用这种单位，即 P0是大气压强，一般可以取P0=760 Torr(mmHg)，当P=760Torr时，δ=0；当P=8Torr时，δ=99%。 3、目前真空技术，已经能获得和测量从大气压105Pa到10-13Pa，相差18个数量级。随着一些新的应用领域的开拓和要求进一步接近“理想真空” 3、真空区域的划分主要依据真空状态下气体分子的物理特性、真空获得设备和真空测量仪表的工作范围等。 （1）、真空理论工作者推荐的划分： 粗真空：103~105 Pa； 低真空：10-1~103 Pa； 高真空：10-6~10-1 Pa； 超高真空：10-12~10-6 Pa。 （2）、国家标准（GB3163-82）的划分是： 低真空：105~102 Pa； 中真空：102~10-1 Pa； 高真空：10-1~10-5 Pa； 超高真空：10-5 Pa。 三、真空技术的发展历史 1、我国：公元前6世纪，炼铁技术，鼓风设备，“皮囊”或“风箱”鼓风。风箱的作用过程包括：负压吸气和增压排气。与现在的往复式活塞真空泵的作用原理基本相同。到公元1367年已经广泛用于炼铁。 2、1643年，意大利托利拆里，大气压实验。这是历史上最早记载。他的学生帕斯卡等将此实验搬到山上做，发现水银柱随高度降低，证明大气压与高度有关。 76cm 水银 真空 3、1654年德国 葛利克 发明 活塞真空泵。 马德堡半球实验 4、1643年获得真空---1879年爱迪生发明灯泡。200年。 真空技术发展非常缓慢。 爱迪生发明的老灯泡 5、1905年 德国 盖得 发明了 机械泵；1913年 发明 分子泵； 1915年 发明了 扩散泵。 1906年 皮拉尼 发明了 热阻真空计。 6、1940年以后真空技术在原子 能 方面得到广泛的应用。 并在真 空冶炼、真空镀膜等方面得到扩展 7、1950年 真空范围已经提高到10-4 ---10-5 Pa。 70年代， 真空技术熔入了许多尖端技术并迅速发展。 微电子学超大规模集成电路、高能加速器等， 真空度达到10-12 ---10-13 Pa。清洁超高真空。 北京正负电子对撞机改造后的直线加速器 四、真空科学与技术的分支学科 1、真空技术：真空的获得、测量、捡漏、真空系统及元件。 2、真空冶炼：真空熔炼铸造、脱气铸造、热处理、焊接等。 3、等离子体科学与技术：等离子体在磁控溅射、化学气相沉积等 4、薄膜科学与技术:真空蒸发镀、离子镀、贱射镀等。 5、电子材料与加工工艺：真空电子器件、半导体、光电材料等。 6、表面科学：固体表面电子结构、原子结构、SEM、表面性能测试 7、应用表面科学：x光电子能谱等表面分析仪器。 8、纳米科学与技术：纳米材料的制备、纳米生物学、纳米电子学等 五、不同真空状态下的真空工艺技术 1、低真空（105 ~102 Pa） 随着气态空间中气体分子密度的减少，气体的物理性质发生了明显的变化。气体性质变化，在不同真空状态下应用各种不同的工