真空技术的基本知识

1、真空冶金学真空冶金学 前前 言言 真空技术的发展史真空技术的发展史 第一章第一章 真空技术的基本知识真空技术的基本知识 第二章第二章 金属真空蒸馏金属真空蒸馏 第三章第三章 有色合金中间产品的真空蒸馏分离有色合金中间产品的真空蒸馏分离 第四章第四章 矿石及半成品的真空蒸馏矿石及半成品的真空蒸馏 第五章第五章 金属化合物的真空还原金属化合物的真空还原 第六章第六章 高熔点金属的真空精炼高熔点金属的真空精炼 第七章第七章 粉末材料的真空制备粉末材料的真空制备 第八章第八章 金属表面处理金属表面处理 第九章第九章 真空技术在冶金中的其他应用真空技术在冶金中的其他应用 真空冶金的应真空冶金的应 用，是

2、建立在真空用，是建立在真空 技术的进步和广泛使技术的进步和广泛使 用的基础上的。用的基础上的。 第一章真空技术的基本知识 l1. 真空的含义及表征真空的含义及表征 l1.1大气与真空大气与真空 l1.2真空度的表征及单位真空度的表征及单位 l1.3真空区域的划分真空区域的划分 l2. 真空的获得真空的获得 l2.1 真空获得设备真空获得设备 旋片泵旋片泵 定片式真空泵定片式真空泵 往复泵往复泵 罗茨泵罗茨泵 水环真空泵水环真空泵 分子泵分子泵 滑阀式真空泵滑阀式真空泵 油扩散泵油扩散泵 l2.2 真空泵的选型真空泵的选型 第一章真空技术的基本知识 l 3. 真空测量及其设备真空测量及其设备 l

3、 3.1 什么是什么是真空测量真空测量 l 3.2 真空计真空计 l 3.3 全压力测量全压力测量 l 3.4 分压力测量分压力测量 l 3.5 真空计校准真空计校准 l 4. 真空系统真空系统 l 4.1 什么是真空系统什么是真空系统 l 4.2 真空系统的典型形式真空系统的典型形式 l 4.3 真空阀门真空阀门 l 4.4 捕集器捕集器 l 4.5 真空系统设计真空系统设计 第一章真空技术的基本知识 l 5. 真空系统漏气和检漏真空系统漏气和检漏 l 5.1概述（概述（基本概念基本概念） l 5.2检漏方法检漏方法 l 5.3检漏仪器检漏仪器 l 5.4检漏方法的选择检漏方法的选择 6.

4、真空工程材料真空工程材料 l 6.1 材料的真空性能材料的真空性能 l 6.2 真空系统对材料的要求真空系统对材料的要求 l 6.3 常见的真空材料常见的真空材料 1. 真空的含义及表征 1.1 大气与真空 看不到、摸不着，无色，无味看不到、摸不着，无色，无味 每一升大气大约有每一升大气大约有1 1克多重克多重 大气不但有一定的重量，而且它又是由各种不同气体组成的大气不但有一定的重量，而且它又是由各种不同气体组成的 由分子这种热运动所引起的气体分子之间、气体分子与地球表由分子这种热运动所引起的气体分子之间、气体分子与地球表 面及地球表面上任何物体之间的频繁碰撞的结果面及地球表面上任何物体之间的

5、频繁碰撞的结果产生产生大气大气 压力压力 在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态或稀薄在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态或稀薄 的气体状态的气体状态 。 真空的特点真空的特点: （1）真空状态下的气体压力低于一个大气压；真空状态下的气体压力低于一个大气压； （2）真空状态下气体的）真空状态下气体的分子密度分子密度小于大气状态的气体分子密度小于大气状态的气体分子密度 ， 气体气体分子的自由程分子的自由程增大；增大； （3） 真空状态下由于分子密度的减小，因此作为组成大气组分的真空状态下由于分子密度的减小，因此作为组成大气组分的 氧、氮等气体含量氧、氮等气体含量 ( 也包括水分的含量也包括

6、水分的含量 ) 也将相对减少。也将相对减少。 大气压力大气压力 （托）（托） 平均自由路程平均自由路程 厘米厘米 大气压力大气压力 （托）（托） 平均自由路程平均自由路程 厘米厘米 7606.510-8110-5510 2 10510 4110-85105 1510-3110-115108 110-35100110-1651013 常温下大气分子平均自由程与大气压力的关系常温下大气分子平均自由程与大气压力的关系 常温下低压空间中大气的分子密度常温下低压空间中大气的分子密度 压力（托）压力（托） 大气分子密度（个大气分子密度（个/厘米厘米3） 压力（托）压力（托） 大气分子密度（个大气分子密度（

7、个/厘厘 米米3） 7602.51019110-73.310 9 2409.71018110-83.3108 1003.310 181.810-83.310 8 103.31017110-93.3107 13.310 16110-103.310 6 110-13.31015110-113.3105 110-23.310 14110-123.310 4 110-33.31013110-123.3103 110-43.310 12110-143.3102 110-53.31011110-153.3101 110-63.31010110-163.3100 自然真空自然真空 人为真空人为真空 真空度（

8、真空度（degree of vacuum） ： 表示真空状态下气体的稀薄程度，通常用压力值表示真空状态下气体的稀薄程度，通常用压力值 来表示。来表示。 根据真空度定义，真空度最好用分子密度根据真空度定义，真空度最好用分子密度n表示，而以表示，而以 压力表示真空度与此并不矛盾压力表示真空度与此并不矛盾 在一般真空系统中，通常以各向同性的中性气体的压在一般真空系统中，通常以各向同性的中性气体的压 力这一流体静力学的物理量表示真空度，因此，真空度力这一流体静力学的物理量表示真空度，因此，真空度 的测量仅仅归结于压力的测量的测量仅仅归结于压力的测量（注意测量条件）（注意测量条件）。 （有限容器、静止、

9、稳态及各向同性单一的中性气氛）（有限容器、静止、稳态及各向同性单一的中性气氛） 1.2 1.2 真空度的表征及单位真空度的表征及单位 真空度的其它表示方法真空度的其它表示方法 自由程与真空度的关系自由程与真空度的关系 n真空度的单位真空度的单位 真空度百分数真空度百分数 真空单位换算真空单位换算 帕（帕（Pa）：国际单位；）：国际单位； 标准大气压：标准大气压：0下水银密度为下水银密度为13.595g*cm-3时，等于时，等于760毫米汞柱毫米汞柱 高的压强；高的压强； 1.3 1.3 真空区域的划分真空区域的划分 划分依据：划分依据：真空在技术上的应用特点、真空的物理特性、真空在技术上的应用

10、特点、真空的物理特性、 真空获得设备和真空检测仪表的有效适用范围真空获得设备和真空检测仪表的有效适用范围 （GB3163） 低真空低真空 1.33105 1.33102（Pa） 低低真空这种气体状态与常压状态相比较，只有分子数目由多真空这种气体状态与常压状态相比较，只有分子数目由多 变少的变化，而无气体分子空间特性的变化变少的变化，而无气体分子空间特性的变化,分子相互间碰撞频分子相互间碰撞频 繁繁。 利用真空与大气之间的压力差所产生的力可实现真空在下述利用真空与大气之间的压力差所产生的力可实现真空在下述 方面的力学应用。方面的力学应用。 具体应用：具体应用： 1. 真空吸引和输运固体、液体、胶

11、体和微粒；真空吸引和输运固体、液体、胶体和微粒； 2. 真空吸盘起重、真空医疗器械；真空吸盘起重、真空医疗器械； 3. 真空成型，复制浮雕；真空成型，复制浮雕； 4. 真空过滤；真空过滤； 5. 真空浸渍。真空浸渍。 中真空中真空 1.33102 1.3310-1（Pa） 气体分子间，分子与器壁间的相互碰撞不相上下，气体分子气体分子间，分子与器壁间的相互碰撞不相上下，气体分子 密度较小密度较小 。 利用气体分子密度降低可实现无氧化加热，利用气压降低时利用气体分子密度降低可实现无氧化加热，利用气压降低时 气体的热传导及对流逐渐消失的原理实现真空隔热和绝缘，气体的热传导及对流逐渐消失的原理实现真空

12、隔热和绝缘， 利利 用压强降低，液体沸点也降低的原理实现真空冷冻及真空干燥。用压强降低，液体沸点也降低的原理实现真空冷冻及真空干燥。 具体应用：具体应用： 1. 黑色金属的真空熔炼黑色金属的真空熔炼 ， 脱气脱气 、 浇铸和热处理浇铸和热处理 ； 2. 真空热轧、真空表面渗铬；真空热轧、真空表面渗铬； 3. 真空绝缘和真空隔热；真空绝缘和真空隔热； 4. 真空蒸馏药物、油类及高分子化合物；真空蒸馏药物、油类及高分子化合物； 5. 真空冷冻、真空干燥；真空冷冻、真空干燥； 6. 真空包装、真空充气包装；真空包装、真空充气包装； 7. 高速空气动力学实验中的低压风洞高速空气动力学实验中的低压风洞。

13、 高真空高真空 1.3310-11.3310-5（Pa） 分子间相互碰撞极少、分子与器壁间碰撞频繁分子间相互碰撞极少、分子与器壁间碰撞频繁, 气体分子密度小。气体分子密度小。 利用气体分子密度小，任何物质与残余气体分子的化学作用微弱利用气体分子密度小，任何物质与残余气体分子的化学作用微弱 特点进行真空冶金、真空镀膜及真空器件生产特点进行真空冶金、真空镀膜及真空器件生产 。 具体应用：具体应用： 1. 稀有金属、超纯金属和合金、半导体材料的真空熔炼和精制；稀有金属、超纯金属和合金、半导体材料的真空熔炼和精制； 常用结构材料的真空还原冶金；常用结构材料的真空还原冶金； 2. 纯金属的真空蒸馏精练；

14、放射性同位素蒸发；纯金属的真空蒸馏精练；放射性同位素蒸发； 3. 难熔金属的真空烧结难熔金属的真空烧结； 4. 半导体材料的真空提纯和晶体制备；半导体材料的真空提纯和晶体制备； 5. 高温金相显微镜及高温材料实验设备的制造；高温金相显微镜及高温材料实验设备的制造； 6. 真空镀膜，离子注入膜真空镀膜，离子注入膜-刻蚀等表面改性；刻蚀等表面改性； 7. 电真空工业的电光管、离子管、电子源管、电子束管、电子电真空工业的电光管、离子管、电子源管、电子束管、电子 衍衍 射仪，电子显微镜、射仪，电子显微镜、 x 光显微镜，各种粒子加速器、能谱光显微镜，各种粒子加速器、能谱 仪、核辐射谱仪，中子管、气体激

15、光器的制造；仪、核辐射谱仪，中子管、气体激光器的制造； 8. 电子束除气、电子束焊接，区域熔炼，电子束熔炼电子束除气、电子束焊接，区域熔炼，电子束熔炼。 超高真空超高真空 1.3310-5 （Pa） 气体分子密度极低与器壁碰撞的次数极少气体分子密度极低与器壁碰撞的次数极少，致使表，致使表 面形成单分子层的时间增长，面形成单分子层的时间增长， 气态空间中只有固体本气态空间中只有固体本 身的原子几乎没有其他原子或分子的存在。身的原子几乎没有其他原子或分子的存在。 利用气体分子密度极低与表面碰撞极少，表面形成利用气体分子密度极低与表面碰撞极少，表面形成 单一分子层时间很长的原理实现表面物理与表面化学

16、的单一分子层时间很长的原理实现表面物理与表面化学的 研究研究 具体应用：具体应用： 1. 可控热核聚变的研究；可控热核聚变的研究； 2. 时间基准氢分子镜的制作；时间基准氢分子镜的制作； 3. 表面物理表面化学的研究；表面物理表面化学的研究； 4. 宇宙空间环境的模拟；宇宙空间环境的模拟； 5. 大型同步质子加速器的运转；大型同步质子加速器的运转； 6. 电磁悬浮式高精度陀螺仪的制作。电磁悬浮式高精度陀螺仪的制作。 抽走抽走 化学反应化学反应 吸附吸附 结晶结晶 容积扩大容积扩大 2. 真空的获得 2.1 真真 空空 获获 得得 设设 备备 真空泵：利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被真空

17、泵：利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被 抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。 某一封闭空间某一封闭空间 产生、改善和维持真空产生、改善和维持真空 气体传输真空泵（机械真空泵）气体传输真空泵（机械真空泵）：利用机械运动：利用机械运动(转动转动 或滑动或滑动)以获得真空的设备以获得真空的设备 气体捕集真空泵气体捕集真空泵：使气体分子被吸附或凝结在泵内表：使气体分子被吸附或凝结在泵内表 面上以获得真空的设备面上以获得真空的设备 l A.气体传输真空泵气体传输真空泵 l （1）变容真空泵）变容真空泵 l . 往复式真空泵往复式真空泵 ：活塞式真空泵活塞式真

18、空泵 l . 旋转式真空泵旋转式真空泵 l 1)油封式真空泵油封式真空泵 （旋片式真空泵、定片式真空泵、滑阀式旋片式真空泵、定片式真空泵、滑阀式 l 真空泵、余摆线真空泵等真空泵、余摆线真空泵等 ） l 2)液环真空泵液环真空泵 l 3)干式真空泵干式真空泵 l 4)罗茨真空泵罗茨真空泵 l （）（） 动量传输泵动量传输泵 l 1)分子泵（牵引分子泵分子泵（牵引分子泵、涡轮分子泵涡轮分子泵 、复合分子泵复合分子泵 ） l 2)喷射泵喷射泵 3)扩散泵扩散泵 4）油增压泵）油增压泵(油扩散喷射泵油扩散喷射泵) l 5）离子传输泵）离子传输泵 l B.气体捕集式真空泵：气体捕集式真空泵： l 吸附

19、泵、吸气剂泵、吸气剂离子泵、低温泵吸附泵、吸气剂泵、吸气剂离子泵、低温泵 真空系统中不同作用的泵真空系统中不同作用的泵 l 1、主泵：主泵：对被抽容器直接进行抽真空以获得满足工艺要求所需对被抽容器直接进行抽真空以获得满足工艺要求所需 真空度的真空泵。真空度的真空泵。 l 2、粗抽泵：粗抽泵：从大气压开始降低真空系统压强达到另一抽气系从大气压开始降低真空系统压强达到另一抽气系 l 统可以开始工作的真空泵统可以开始工作的真空泵。 l 3、前级泵：前级泵：用于使另一个泵的前级压强维持在其最高许可的前用于使另一个泵的前级压强维持在其最高许可的前 级压强以下的真空泵。级压强以下的真空泵。 l 4、维持泵

20、：维持泵：当真空系统抽气很小时，不能有效的利用主要前级当真空系统抽气很小时，不能有效的利用主要前级 泵。为此，在真空系统中另配一种抽气速度较小的辅助前级泵来泵。为此，在真空系统中另配一种抽气速度较小的辅助前级泵来 维持主泵的正常工作或维持已抽空的容器所需的低压的真空泵。维持主泵的正常工作或维持已抽空的容器所需的低压的真空泵。 l 、增压泵：增压泵：工作在低真空泵和高真空泵之间，用以提高抽气系工作在低真空泵和高真空泵之间，用以提高抽气系 统在中间压强范围的抽气量或降低前级泵抽气要求的真空泵。统在中间压强范围的抽气量或降低前级泵抽气要求的真空泵。 被抽容器被抽容器主泵主泵 粗抽泵粗抽泵 前级泵前级

21、泵 大大 气气 主泵出口主泵出口前级泵入口前级泵入口 启动压力启动压力前级压力前级压力 极限压力极限压力 维持泵维持泵 增压泵增压泵 描述真空泵性能的参量描述真空泵性能的参量 抽气速率抽气速率(体积流率体积流率):一定压力、温度下真空泵在单位时间内从被抽一定压力、温度下真空泵在单位时间内从被抽 容器中抽走的气体体积容器中抽走的气体体积(单位：单位：m3s-1；Ls-1) 极限压力（极限真空）极限压力（极限真空）: 泵的入口端经过充分抽气后所能达到的最泵的入口端经过充分抽气后所能达到的最 低的稳定的压力（单位：低的稳定的压力（单位：Pa） 起动压力起动压力: 泵无损坏起动并有抽气作用的压力泵无损

22、坏起动并有抽气作用的压力。 前级压力前级压力: 排气压力低于一个大气压力的真空泵的出口压力。排气压力低于一个大气压力的真空泵的出口压力。 最大前级压力最大前级压力: 超过了能使泵损坏的前级压力。超过了能使泵损坏的前级压力。 最大工作压力最大工作压力: 对应最大抽气量的入口压力。泵能连续工作而不恶对应最大抽气量的入口压力。泵能连续工作而不恶 化或损坏化或损坏。 抽气量抽气量Q：单位时间内单位时间内流经泵入口的气体流量（单位：流经泵入口的气体流量（单位：Pam3S-1； PaLS-1 ） 压缩比压缩比: 泵对给定气体的出口压力与入口压力之比。泵对给定气体的出口压力与入口压力之比。 水蒸气允许量：水

23、蒸气允许量：它是指泵在正常环境条件下，气镇泵在连续工作时它是指泵在正常环境条件下，气镇泵在连续工作时 能抽除的水蒸气质量流量。（单位：能抽除的水蒸气质量流量。（单位：kg/h） 机械真空泵的规格及型号表示法机械真空泵的规格及型号表示法 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。其表达型式为为一横线。其表达型式为123123456456。格中数字。格中数字123123表示基本型号，表示基本型号， 456456表示辅助型号。表示辅助型号。 国产的各种机械真空泵的型号通常是用汉语拼音字母来表示国产的各种机械真空泵的型号通常

24、是用汉语拼音字母来表示 ( (如如下下表所示表所示) )。汉语拼音字母表示泵的类型；字母前的数字表示泵。汉语拼音字母表示泵的类型；字母前的数字表示泵 的级数，单级时的级数，单级时“1 1”省略；字母后边横线后的数字表示泵的抽速省略；字母后边横线后的数字表示泵的抽速 (L/S)(L/S)。 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/SL/S”。共分。共分1818个等级，分别为个等级，分别为0.20.2，0.50.5，1 1，2 2，4 4，8 8，1515，3030， 7070，150150，300300，600600，1

25、2001200，25002500，50005000，1000010000，2000020000，4000040000。 真空泵系列有时也可用泵的入口尺寸来表示，其单位是真空泵系列有时也可用泵的入口尺寸来表示，其单位是“mmmm”。 例：例：2X2X一一7070 表示双级旋片式真空泵表示双级旋片式真空泵, ,抽气速率为抽气速率为70L70LS S。 型型 号号名名 称称型型 号号名名 称称 W WY WL SZ SZB SZZ X XD L K 往复式真空泵往复式真空泵 移动阀式往复泵移动阀式往复泵 立式往复泵立式往复泵 水环泵水环泵 悬臂式结构水环泵悬臂式结构水环泵 直联式水环泵直联式水环泵

26、旋片式真空泵旋片式真空泵 单级多旋片式真空泵单级多旋片式真空泵 溅射离子泵溅射离子泵 油扩散真空泵油扩散真空泵 H YZ ZJ ZJK F D XZ Z S P 滑阀式真空泵滑阀式真空泵 余摆线真空泵余摆线真空泵 罗茨真空泵罗茨真空泵 真空电机罗茨真空泵真空电机罗茨真空泵 分子真空泵分子真空泵 定片式真空泵定片式真空泵 直联式旋片泵直联式旋片泵 油扩散喷射泵（油增压泵）油扩散喷射泵（油增压泵） 升华泵升华泵 水蒸气喷射泵水蒸气喷射泵 常用真空泵的汉语拼音代号及名称常用真空泵的汉语拼音代号及名称 旋片泵旋片泵 sliding vane rotary vacuum pumpsliding vane

27、 rotary vacuum pump l 油封式机械真空泵，其工作压强范围为油封式机械真空泵，其工作压强范围为1013251.3310-2（Pa） 属于低真空泵属于低真空泵 ，是真空技术中最基本的真空获得设备之一，是真空技术中最基本的真空获得设备之一 。 旋片泵的工作原理示意图旋片泵的工作原理示意图 旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还 可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，有毒可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，有毒 有爆炸性的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗有爆炸性的

28、，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗 粒尘埃的气体。粒尘埃的气体。 旋片泵可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵旋片泵可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵 的前级泵。的前级泵。 2X双级旋片式真空泵双级旋片式真空泵： 由高压级与低压级二部分组由高压级与低压级二部分组 成成 ，可达到，可达到610-2pa，可单独，可单独 使用，也可与增压泵、扩散泵、使用，也可与增压泵、扩散泵、 分子泵等超高真空泵连接在一分子泵等超高真空泵连接在一 起作为前级泵使用起作为前级泵使用 X系列单级旋片式真空泵系列单级旋片式真空泵： 一种新型低真空获得设一种新型低真空获得设 备，能抽除

29、一定量的水蒸备，能抽除一定量的水蒸 气，既可以做主泵，也可作气，既可以做主泵，也可作 为罗茨真空泵的前级泵，配为罗茨真空泵的前级泵，配 成机组使用成机组使用. 定片式真空泵定片式真空泵 定片式真空泵抽速较定片式真空泵抽速较 小，有单级、双级之小，有单级、双级之 分，双级泵的极限真分，双级泵的极限真 空可达空可达10-1Pa。泵的。泵的 结构简单、使用寿命结构简单、使用寿命 较长和检修容易，但较长和检修容易，但 由于其工作性能不如由于其工作性能不如 旋片泵。旋片泵。 滑阀式真空泵滑阀式真空泵 rotary piston vacuum pump 滑阀式真空泵的抽气原理与旋片泵相似，但两者结构不同。

30、滑滑阀式真空泵的抽气原理与旋片泵相似，但两者结构不同。滑 阀式真空泵是利用滑阀机构来改变吸气腔容积的，故称滑阀泵。阀式真空泵是利用滑阀机构来改变吸气腔容积的，故称滑阀泵。 滑阀泵可分单级泵和双级泵两种，有立式和卧式两种滑阀泵可分单级泵和双级泵两种，有立式和卧式两种 结构形式。单级泵的极限压力为结构形式。单级泵的极限压力为0.41.3Pa；双级泵的极；双级泵的极 限压力为限压力为610-2 10-1Pa。一般抽速超过。一般抽速超过150L*S-1的大的大 泵都采用单级形式。这种泵可单独使用，也可作其它泵的泵都采用单级形式。这种泵可单独使用，也可作其它泵的 前级泵用。前级泵用。 滑阀泵具有允许工作

31、压力高滑阀泵具有允许工作压力高(104Pa)、抽气量大、能在、抽气量大、能在 较恶劣环境下连续工作，经久耐用等突出优点，滑阀泵运较恶劣环境下连续工作，经久耐用等突出优点，滑阀泵运 转时的振动和操音较大，泵的振动影响真空系统的稳定。转时的振动和操音较大，泵的振动影响真空系统的稳定。 缩短泵的寿命，并对环境造成污染。缩短泵的寿命，并对环境造成污染。 此外此外,对于可凝性气对于可凝性气 体的抽除不利体的抽除不利,须设置气镇阀或于冷凝器配套须设置气镇阀或于冷凝器配套,或改为热泵或改为热泵。 特点：特点： 往复式真空泵往复式真空泵( (活塞式真空泵活塞式真空泵 ) piston vacuum pump)

32、 piston vacuum pump 往复式真空泵工作原理图往复式真空泵工作原理图 1.气缸气缸 2.活塞活塞 3.曲柄连杆机构曲柄连杆机构 4.排气阀排气阀 5.吸气阀吸气阀 特点：特点： 往复式真空泵为低真空获得设备，用以从内部压力等于往复式真空泵为低真空获得设备，用以从内部压力等于 或低于一个大气压的容器中抽除气体，被抽气体的温度或低于一个大气压的容器中抽除气体，被抽气体的温度 一般不超过一般不超过35。 往复泵的极限压力，单级为往复泵的极限压力，单级为4102103Pa，双级可达，双级可达 1Pa。 往复泵有干式和湿式之分。干式泵只能抽气体，往复泵有干式和湿式之分。干式泵只能抽气体，

33、 湿式泵可抽气体和液体的混合物，极限压力要比干式泵湿式泵可抽气体和液体的混合物，极限压力要比干式泵 的高。的高。 它与旋片式真空泵相比较，它能被制成大抽速的泵，它与旋片式真空泵相比较，它能被制成大抽速的泵， 主要缺点是结构复杂，体积较大，运转时振动较大等。主要缺点是结构复杂，体积较大，运转时振动较大等。 其在很多场合可由液环式真空泵所取代。其在很多场合可由液环式真空泵所取代。 罗茨真空泵（简称罗茨泵）罗茨真空泵（简称罗茨泵）roots vacuum pump 罗茨泵的特点：罗茨泵的特点： 无内压缩，在较宽的压强范围无内压缩，在较宽的压强范围 内有较大的抽速；高、中真空泵需内有较大的抽速；高、中

34、真空泵需 要前级泵。极限真空除取决于泵本要前级泵。极限真空除取决于泵本 身结构和制造精度外，还取决于前身结构和制造精度外，还取决于前 级泵的极限真空；级泵的极限真空； 起动快，能立即工作；起动快，能立即工作； 对被抽气体中含有的灰尘和水对被抽气体中含有的灰尘和水 蒸气不敏感；蒸气不敏感； 转子不必润滑，泵腔内无油；转子不必润滑，泵腔内无油； 振动小，转子动平衡条件较好，振动小，转子动平衡条件较好， 没有排气阀；没有排气阀； 驱动功率小，机械摩擦损失小；驱动功率小，机械摩擦损失小； 结构紧凑，占地面积小；运转结构紧凑，占地面积小；运转 维护费用低。维护费用低。 分类：分类： 直排大气的低真空罗茨

35、泵直排大气的低真空罗茨泵 中真空罗茨泵（机械增压泵）中真空罗茨泵（机械增压泵） 高真空多级罗茨泵高真空多级罗茨泵 水环真空泵水环真空泵 liquid ring vacuum pump 水环真空泵的特点水环真空泵的特点 n真空度低，受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液，极限压真空度低，受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液，极限压 强只能达到强只能达到20004000Pa。用油作工作液，可达。用油作工作液，可达130Pa。 n结构紧凑，泵的转数较高，可与电动结构紧凑，泵的转数较高，可与电动 机直联，无须减速装置。用小结构尺机直联，无须减速装置。用小结构尺 寸，可获得大排气量，占地面积小。寸，可

36、获得大排气量，占地面积小。 n泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵 内进行润滑，而且磨损很小。转动件内进行润滑，而且磨损很小。转动件 和固定件之间的密封可直接由水封来完成。和固定件之间的密封可直接由水封来完成。 n吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。 n效率低，一般在效率低，一般在30%左右，较好的可达左右，较好的可达50%。 n可以抽除易燃、易爆的气体、带尘埃的气体、可凝性气体和气水可以抽除易燃、易爆的气体、带尘埃的气体、可凝性气体和气水 混合物。混合物。 分子真空泵分子真空泵 molecular pumpmol

37、ecular pump 分子泵分子泵：动量传输泵：动量传输泵 在分子流区域内靠高速运动的刚体表面传递在分子流区域内靠高速运动的刚体表面传递 给气体分子以动量，使气体分子在刚体表面的运给气体分子以动量，使气体分子在刚体表面的运 动方向上产生定向流动，从而达到抽气的目的。动方向上产生定向流动，从而达到抽气的目的。 1)牵引分子泵牵引分子泵 气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得 动量，被驱送到泵的出口。动量，被驱送到泵的出口。 2)涡轮分子泵涡轮分子泵 靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相 互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态

38、下工作。互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。 3)复合分子泵复合分子泵 它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组 合起来的一种复合型的分子真空泵。合起来的一种复合型的分子真空泵。 l牵引分子泵牵引分子泵 优点：优点：起动时间短，在起动时间短，在 分子流态下有很高的压分子流态下有很高的压 缩比，能抽除各种气体缩比，能抽除各种气体 和蒸汽，特别适于抽除和蒸汽，特别适于抽除 较重的气体。较重的气体。 缺点：缺点：抽速小，密封间抽速小，密封间 隙太小，工作可靠性较隙太小，工作可靠性较 差，易出机械故障等，差，易出机械故障等， 因此除特殊需要外，实因此除特殊

39、需要外，实 际上很少应用。际上很少应用。 牵引分子泵结构原理图牵引分子泵结构原理图 l 涡轮分子泵涡轮分子泵: 工作压力范围宽，在工作压力范围宽，在 10-1 10-8 pa 范围范围 内具有稳定抽速；起动时间短，能抽除各种气体和蒸气；内具有稳定抽速；起动时间短，能抽除各种气体和蒸气； 分子泵适用于在要求清洁的高真空和超高真空的仪器及分子泵适用于在要求清洁的高真空和超高真空的仪器及 设备上使用。也可用来作为离子泵、升华泵、低温泵等设备上使用。也可用来作为离子泵、升华泵、低温泵等 气体捕集超高真空泵的前级预抽真空泵使用。气体捕集超高真空泵的前级预抽真空泵使用。 l 注意：对不同种类气体的抽除效果

40、不一样。注意：对不同种类气体的抽除效果不一样。 l 1. 动片动片 2.定片定片 3.进气口进气口 4. 轴轴 5. 轴承轴承 6.排气口排气口 l 复合式分子泵复合式分子泵: l 涡轮分子泵与牵引分子泵的串联组合，集两种泵的优点涡轮分子泵与牵引分子泵的串联组合，集两种泵的优点 于一体，涡轮级主要用来提高泵的抽速，一般采用有利于一体，涡轮级主要用来提高泵的抽速，一般采用有利 于提高抽速的叶片形状，级数在于提高抽速的叶片形状，级数在 l0 级以内。牵引级主级以内。牵引级主 要用来增加泵的压缩比，提高泵的出口压力。要用来增加泵的压缩比，提高泵的出口压力。 l 泵在很宽的压力范围内泵在很宽的压力范围

41、内 (10-6 1Pa) 具有较大的抽速具有较大的抽速 和较高的压缩比，大大提高了泵的出口压力和较高的压缩比，大大提高了泵的出口压力。 l 涡轮叶片与盘式牵引泵的串联组合涡轮叶片与盘式牵引泵的串联组合 l 涡轮叶片与筒式牵引泵的串联组合涡轮叶片与筒式牵引泵的串联组合 水蒸汽喷射泵水蒸汽喷射泵hydro-steam ejector pumphydro-steam ejector pump 喷射器的结构示意和工作原理喷射器的结构示意和工作原理 水蒸汽喷射真空泵是有一定压力的工作水蒸气通过拉瓦尔喷嘴，减压增速以水蒸汽喷射真空泵是有一定压力的工作水蒸气通过拉瓦尔喷嘴，减压增速以 超音速在吸入室与被抽介

42、质混合，携带被抽介质一起向前运动，进入扩压管减速超音速在吸入室与被抽介质混合，携带被抽介质一起向前运动，进入扩压管减速 增压，排至下一级喷射器或大气，从而在吸入室形成真空。增压，排至下一级喷射器或大气，从而在吸入室形成真空。 四级喷射泵结构示意图四级喷射泵结构示意图 三级喷射泵三级喷射泵 五级水蒸汽喷射泵五级水蒸汽喷射泵 l 特点：特点： l (1)(1)该泵无机械运动部分，不受摩擦、润滑、振动等条件限该泵无机械运动部分，不受摩擦、润滑、振动等条件限 制，因此可制成抽气能力很大的泵。工作可靠，使用寿命长。制，因此可制成抽气能力很大的泵。工作可靠，使用寿命长。 只要泵的结构材料选择适当，对于排除

43、具有腐蚀性气体、含只要泵的结构材料选择适当，对于排除具有腐蚀性气体、含 有机械杂质的气体以及水蒸等场合极为有利。适用于有廉价有机械杂质的气体以及水蒸等场合极为有利。适用于有廉价 的副产蒸汽或可利用的余汽、废汽的场合。的副产蒸汽或可利用的余汽、废汽的场合。 (2)(2)结构简单、重量轻，占地面积小。结构简单、重量轻，占地面积小。 l (3)(3)工作蒸汽压力一般为工作蒸汽压力一般为0.40.40.9MPa0.9MPa。 油扩散泵油扩散泵 diffusion pumpdiffusion pump 工作压强范围为工作压强范围为10-210-6pa 1.蒸汽流蒸汽流 2.蒸汽流导管蒸汽流导管 3.气相

44、加热器气相加热器 4.水管水管 5.前置导油管前置导油管 6.分馏槽分馏槽 7.加热器加热器 8.接机械泵接机械泵 9.接接被被抽容器抽容器 10.气体气体 11.泵壳泵壳 12.泵液泵液 l 喷射速度要高，喷口级数喷射速度要高，喷口级数 要多。要多。 l 工作物质在常温时应是液工作物质在常温时应是液 体，并具有极低的蒸气压，体，并具有极低的蒸气压， l 油扩散泵必须用机械泵为油扩散泵必须用机械泵为 前级泵，将其抽出的气体前级泵，将其抽出的气体 抽走，不能单独使用。抽走，不能单独使用。 l 在扩散泵和真空体系连接在扩散泵和真空体系连接 处安装冷凝阱，以捕捉可处安装冷凝阱，以捕捉可 能进入体系的

45、油蒸气。能进入体系的油蒸气。 气体捕集式真空泵：气体捕集式真空泵： 钛升华泵钛升华泵的抽气机理是化学吸附。的抽气机理是化学吸附。 升华器升华的钛沉积在冷的泵体壁面升华器升华的钛沉积在冷的泵体壁面 上，形成新鲜的钛膜，对氮、氧和一上，形成新鲜的钛膜，对氮、氧和一 氧化碳等活性气体有比较强烈的吸附氧化碳等活性气体有比较强烈的吸附 作用，并形成氮化钛、碳化钛和氧化作用，并形成氮化钛、碳化钛和氧化 钛等稳定的化合物，但对惰性气体和钛等稳定的化合物，但对惰性气体和 甲烷几乎不吸附。钛膜吸附气体只能甲烷几乎不吸附。钛膜吸附气体只能 是单分子层的，在已吸附气体分子的是单分子层的，在已吸附气体分子的 位置上不

46、能再吸附气体。因此，钛升位置上不能再吸附气体。因此，钛升 华器必须不断地升华，使泵体壁面上华器必须不断地升华，使泵体壁面上 不断地沉积新的钛膜，才能达到连续不断地沉积新的钛膜，才能达到连续 抽气的目的。抽气的目的。 低温真空泵低温真空泵 (又称低温泵、冷泵、冷又称低温泵、冷泵、冷 凝泵凝泵)是一种利用低温冷凝和低温吸附是一种利用低温冷凝和低温吸附 原理抽气的容积式真空泵，可获得无原理抽气的容积式真空泵，可获得无 油高真空。油高真空。 极限真空极限真空10-7 10-9 Pa 抽速大抽速大 ： 特别是对特别是对 H2O 、 H2 等气等气 体抽速很大，因而体抽速很大，因而 排气速度比其他真排气速

47、度比其他真 空泵快，大大提高产品产出量空泵快，大大提高产品产出量 ； 适应性强：真空腔内无运动部件，适应性强：真空腔内无运动部件， 来自外界的干扰或来自真空系统的微来自外界的干扰或来自真空系统的微 粒不影响低温泵工作；粒不影响低温泵工作； 可以安装在任何方位；可以安装在任何方位； 运动部件少且低速运行，寿命长。运动部件少且低速运行，寿命长。 2.2、真空泵的选择、真空泵的选择 真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工工 作压强要求作压强要求 。 正确地选择真空泵的工作点（压强范围）。正确地选择真空泵的工作点（压强范围）。 真空泵在其工作压强下，

48、应能排走真空设备工艺过程真空泵在其工作压强下，应能排走真空设备工艺过程 中产生的全部气体量。中产生的全部气体量。 正确地组合真空泵。正确地组合真空泵。 真空设备对油污染的要求。真空设备对油污染的要求。 了解被抽气体成分，气体中含不含可凝蒸气，有无颗了解被抽气体成分，气体中含不含可凝蒸气，有无颗 粒灰尘，有无腐蚀性等粒灰尘，有无腐蚀性等 。 真空泵排出来的油蒸气对环境的影响。真空泵排出来的油蒸气对环境的影响。 真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响。真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响。 真空泵的价格、运转及维修费用。真空泵的价格、运转及维修费用。 常用真空泵的工作压强范围及起

49、动压强常用真空泵的工作压强范围及起动压强 真空泵种类真空泵种类工作压强范围（工作压强范围（PaPa）起动压强（起动压强（PaPa） 活塞式真空泵活塞式真空泵1 110105 51.31.310102 21 110105 5 旋片式真空泵旋片式真空泵1 110105 56.76.71010-1 -1 1 110105 5 水环式真空泵水环式真空泵1 110105 52.72.710103 31 110105 5 罗茨真空泵罗茨真空泵1.31.310103 31.31.31.31.310103 3 涡轮分子泵涡轮分子泵1.31.31.31.31010-5 -5 1.31.3 水蒸气喷射泵水蒸气喷射

50、泵1 110105 51.31.31010-1 -1 1 110105 5 油扩散泵油扩散泵1.31.31010-2 -2 1.31.31010-7 -7 1.31.31010 油蒸气喷射泵油蒸气喷射泵1.31.310101.31.31010-2 -2 1.31.310105 5 分子筛吸附泵分子筛吸附泵1 110105 51.31.31010-1 -1 1 110105 5 溅射离子泵溅射离子泵1.31.31010-3 -3 1.31.31010-9 -9 6.76.71010-1 -1 钛升华泵钛升华泵1.31.31010-2 -2 1.31.31010-9 -9 1.31.31010-2

51、 -2 锆铝吸气剂泵锆铝吸气剂泵1.31.310101.31.31010-11 -11 1.31.31010 低温泵低温泵1.31.31.31.31010-11 -11 1.31.31.31.31010-1 -1 各种泵可达到的压强范围各种泵可达到的压强范围 主泵主泵 前级泵前级泵 粗抽泵粗抽泵 各种冶金作业所需要的真空度（各种冶金作业所需要的真空度（P P133.3133.3，PaPa） n真空脱气：真空脱气：100102 n感应熔炼：感应熔炼：10-3102 n电弧熔炼：电弧熔炼：10-3100 n区域熔炼：区域熔炼：10-910-2 n固态脱气、烧结：固态脱气、烧结：10-7100 n蒸

52、发及溅射镀膜：蒸发及溅射镀膜：10-1010-1 n真空蒸馏：真空蒸馏：10-65*10-1 n真空还原：真空还原：10-53*101 n真空干燥、浓缩：真空干燥、浓缩：10-310-1 3.1 什么是真空什么是真空测量测量？ 真空测量真空测量 真空度真空度压力压力 真空度测量真空度测量压力测量？压力测量？ 测量真空度的仪器测量真空度的仪器真空计真空计 l 3.真空度测量真空度测量 3.2 真空计真空计 按真空度刻度方法分类按真空度刻度方法分类 : : 绝对真空计绝对真空计 （直接读取气体压力，与气体种类无关）（直接读取气体压力，与气体种类无关） 相对真空计相对真空计 （校准后才能刻度，由真空

53、规管和测量器（校准后才能刻度，由真空规管和测量器 组成，与气体种类有关）组成，与气体种类有关） 按真空计测量原理分类按真空计测量原理分类: : l 直接测量真空计：直接测量真空计：10105Pa ，测量压力，测量压力 l 间接测量真空计：间接测量真空计： 10Pa ，测量与压力有关的物理量的变化，测量与压力有关的物理量的变化 真空测量中可能的问题真空测量中可能的问题 近代真空技术所涉及的压力范围：近代真空技术所涉及的压力范围：19个数级个数级 (10510-14Pa) 真空计的量程真空计的量程 寄生现象的存在寄生现象的存在 一些真空计的压力测量范围一些真空计的压力测量范围 真空计名称真空计名称

54、测量范围测量范围(Pa)真空计名称真空计名称测量范围测量范围(Pa) 水银水银U型管型管10510高真空电离真空计高真空电离真空计10-110-5 油油U型管型管1041高压力电离真空计高压力电离真空计10210-4 光干涉油微压计光干涉油微压计110-2B-A计计10-110-8 压缩式真空计压缩式真空计(一般型一般型)10-110-3宽量程电离真空计宽量程电离真空计1010-8 压缩式真空计压缩式真空计(特殊型特殊型)10-110-5放射性电离真空计放射性电离真空计10510-1 弹性变形真空计弹性变形真空计105102冷阴极磁放电真空计冷阴极磁放电真空计110-5 薄膜真空计薄膜真空计1

55、0510-2磁控管型电离真空计磁控管型电离真空计10-210-11 振膜真空计振膜真空计10510-2热辐射真空计热辐射真空计10-110-5 热传导真空计热传导真空计(一般型一般型)10210-1分压力真空计分压力真空计10-110-14 热传导真空计热传导真空计(对流型对流型)10510-1 3.3 3.3 全压力测量全压力测量 total pressure measuretotal pressure measure U U型管真空计型管真空计 弹性元件真空计弹性元件真空计 压缩式真空计压缩式真空计 热传导真空计热传导真空计 热阴极电离真空计热阴极电离真空计 冷阴极电离真空计冷阴极电离真空

56、计 电容式薄膜真空计电容式薄膜真空计 放射性电离真空计放射性电离真空计 磁悬浮转子真空计磁悬浮转子真空计 U型管真空计型管真空计 l 绝对真空计绝对真空计 测量范围：测量范围：10105 510Pa10Pa。 l (1)(1)开式开式U U型管真空计型管真空计：p p测测 = p= p当地当地 - - （A-BA-B） l (2)(2)闭式闭式U U型管真空计：型管真空计：p p测测 = 0 + = 0 + （A-BA-B） （a a）开式）开式U U型管真空计型管真空计（b b）闭式）闭式U U型管真空计型管真空计 U型管真空计型管真空计 玻璃管制成，其工作液体有多种，通玻璃管制成，其工作液

57、体有多种，通 常为水银。管的一端与待测压力的真常为水银。管的一端与待测压力的真 空容器相连，另一端是封死的（预先空容器相连，另一端是封死的（预先 抽至抽至1010-1 -1Pa Pa以下）或开口与大气相通，以下）或开口与大气相通， 以以U U型管两端的液面差来指示真空度。型管两端的液面差来指示真空度。 弹性元件真空计弹性元件真空计 利用弹性元件在压差作用下产生弹性变形的原理利用弹性元件在压差作用下产生弹性变形的原理 测量范围：粗真空测量范围：粗真空(102105Pa)。 结构和外形上与工业用压力表类似结构和外形上与工业用压力表类似 弹簧管式弹簧管式 膜盒式膜盒式 膜片式膜片式 1-1-指针指针

58、 2-2-齿轮传动齿轮传动 3-3-连杆连杆 4-4-弹簧管弹簧管 5-5-膜盒膜盒 6-6-膜片膜片 7-7-接头接头 8-8-外壳外壳 合理选择量程。合理选择量程。 不超过不超过35使用，否则要校正。使用，否则要校正。 压力表指针平稳后，才能读数压力表指针平稳后，才能读数 定期校验定期校验。 真空度真空度=1.01105（1-A/0.1） Pa 真空表真空表 压力真空表压力真空表 弹性元件真空表的主要特点：弹性元件真空表的主要特点： (1)测量结果是气体和蒸气的全压力，并与气体种类、成分及其性测量结果是气体和蒸气的全压力，并与气体种类、成分及其性 质无关；质无关； (2)测量过程中，仪表的

59、吸气和放气很小，同时仪表内部没有高温测量过程中，仪表的吸气和放气很小，同时仪表内部没有高温 部件，不会使油蒸气分解；部件，不会使油蒸气分解； (3)测量精度较高；测量精度较高； (4)反应速度较快；反应速度较快； (5)结构牢固，选用适当材料能测量腐蚀性气体；结构牢固，选用适当材料能测量腐蚀性气体； (6)是绝对真空计，精度是绝对真空计，精度0.5级以上的表可作为标准表。级以上的表可作为标准表。 压缩式真空计压缩式真空计 麦克劳真空计麦克劳真空计(简称麦氏计简称麦氏计)，绝对真空计，绝对真空计 测量范围为测量范围为102l0-3Pa 可做为校准其它真空计的主要仪器。可做为校准其它真空计的主要仪

60、器。 压缩真空计的特点是压缩真空计的特点是： 让被测真空系统的残让被测真空系统的残 留气体进入规内，然后加留气体进入规内，然后加 以压缩，比较压缩前后的以压缩，比较压缩前后的 体积和压力的变化，就可体积和压力的变化，就可 算出其真空度。算出其真空度。 V V11 V1 V V11 V1 V V11 V1 V V11 V1 P=kh2 K=d2 / 4V V V11 V1 V V11 V1 V V11 V1 V V11 V1 d P(v+v1)=(p+h)V11 工作用压缩真空计（简称座式真工作用压缩真空计（简称座式真 空计）是直接测量系统内真空度的仪空计）是直接测量系统内真空度的仪 器，它对真