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真空技术的基本原理

真空技术是现代化学、物理、材料科学等研究领域中不可或缺

的一环。从大气压到超高真空，真空技术覆盖了广泛的压力范围，

并涉及广泛的应用。在半导体、光电子、航空航天、材料和生命

科学中，真空技术已经成为许多关键过程和实验的必要条件。本

文旨在介绍真空技术的基本原理，包括真空的定义、真空的分类、

真空的测量和真空的维护。

1.真空的定义

真空是指处于气体分子数量极少，压力极低的状态下的气体。

在真空中，气体分子的自由程大于真空容器的尺寸，因此气体分

子之间的碰撞相对减少。真空的常见定义是1个大气压下，气体

分子数1cm³中的数量不超过10¹⁹个。在真空中，气体的性质发

生了明显的改变，体积扩张，密度减少，流动性增强，热传导性

减弱，放电电压降低，对物质的吸附和反应能力下降等等。

2.真空的分类

真空的常见分类包括高真空、超高真空、极高真空和超极限真

空。其中高真空是指在1个大气压以下，但在10⁻³Pa~10⁻⁶Pa

之间的真空。超高真空是指在10⁻⁶Pa~10⁻⁹Pa之间的真空。

极高真空是指在10⁻⁹Pa~10⁻¹¹Pa之间的真空。超极限真空的

压力低于10⁻¹¹Pa。在高真空和超高真空中，气态分子已经基本

消失，真空泵抽取的是残余气体和表面粘附的分子。在极高真空

和超极限真空中，气态分子几乎不存在，抽取的是表面附着分子。

3.真空的测量

真空的测量是真空技术中非常重要的一环。常见的真空测量方

法包括机械压力计、电学压力计、质谱计和气体泄漏检测器。机

械压力计是一种基于弹簧、摆锤和液体的力平衡原理的压力计，

广泛用于高压到低压范围内的测量。电学压力计是利用气体分子

与电极之间产生电离的原理来测量真空的一种方法。质谱计是利

用分子在磁场中被分离的原理来测量真空的一种方法。气体泄漏

检漏器是一种用于监测气体泄漏的仪器，它可以检测出极小的气

体泄漏，对于维护系统的真空级别非常重要。

4.真空的维护

真空的维护包括真空系统的制备、维修、升级和清洗。真空系

统的制备是指在真空系统中增加、更换、连接或调整组件以满足

特定应用需求的过程。真空系统的维修是指修复或更换组件，以

消除故障，并保持系统的正常运行。真空系统的升级是指改善或

增强系统的性能以适应新的应用需求的过程。真空系统的清洗是

指通过使用化学、物理或蒸汽清洗过程来去除有害物质或污染物，

以保持系统的干净和可靠。

总之，真空技术是现代科技研究中非常重要的一环。真空的定

义、分类、测量和维护是真空技术研究的基本原理。在真空技术

的研究中，需要不断地改进真空系统的设计和性能，以满足不同

的应用需求。