真空技术学习课件

1、第三章 真空技术 真空的基本特点 气体间的碰撞少，平均自由程长与器壁或研究对象表面的碰撞少压力低，改变化学平衡热导低化学非活性Molecular density, incidence rate, mean-free path, and monolayer formation time as a function of pressure问题：表面测量要求1小时内污染小于5%，请问真空度至少要达到多少？请选择合适的真空泵，并画出连接示意图。体积流量：单位时间内气体流过抽气系统中任何截面的体积称为体积流量，单位为升/秒，与气体密度无关（真空泵的表示抽速?）。分子流：当压强进步降低，气体分子的平均自由

2、程增大，分子间的相互碰撞减少，分子与管壁的碰撞占主要地位，分于间的内摩擦消失，气体分子以热运动而自由地独立地直线前进，这种流动被称为分子流。平流：随气体压强和流速的逐渐降低，流动由具有不同流动速度的各个流动层组成宏观流速矢量与管轴平行，流动与气体的粘滞性有关，称为平流。平流和湍流都属于粘滞流。湍流：当气体压强和流速都比较高时，流动呈现不稳定状态，宏观流速矢量有径向分量气体流动受到较大的阻力，通常称这种流动状态为湍流或者旁流。流导与气体的流动状态相关分子流状态下各种导管的流导孔长管短管两种流动状态下流导的对比和电路的对照：压强 电压流导 电导流量 电流可以利用电路的概念来考虑管道的连接, 推导出

3、复杂气路的流动状态p0, S0p, S真空检漏：抽真空过程中不同漏气方式对真空度的影响剩余气体分析及检漏灵敏度可达10-9 paL/s是最可靠的检漏技术真空法检漏：酒精，丙烷，Ar，CO2完整真空系统示意图Gas inletMFCVacuum ChamberPressure GaugeVariable Capacitance ValveRoughing/Backing PumpValve Valve Oil FilterGas OutletHigh Vacuum Pump旋片式机械泵工作范围及特点：大气压10-3 torr耐用，便宜油润滑，污染机械振动工作过程：气体从入口进入转子和定子之间偏轴

4、转子压缩空气并输送到出口气体在出口累积到一定压强，喷出到大气理想情况下，旋片转动半周后，腔体内压强：n无限大时，p趋向0；极限真空pm有害空间排气空间与吸气空间的间隙泵油气的循环干式机械泵液氮冷却有很大表面积的分子筛200 C 烘烤除去吸附的气体极限真空与泵的温度相关。简单，无振动，便宜，无油污染10-3 Torr- 10-10 Torr (可以用两个泵交替工作)很容易饱和多泵联合工作冷凝泵金属表面，高沸点气体覆盖的低温表面，分子筛，活性碳等加热油从喷嘴喷出，气体分子与油分子碰撞，向出气口运动需要水冷，前级泵10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr，液氮冷阱)优点耐用成本

5、低，抽速快 无震动和声音缺点油污染油扩散泵涡轮分子泵原理：气体分子被高速转动的涡轮片撞击，向出口运动；多级速度：30,000-60,000 rpm；转子的切向速度与分子运动速率相当；Atmosphere to 10-10 Torr是最常见的 HV/UHV泵涡轮分子泵优点基本没有油的污染启动和关闭很快 缺点 噪声大，有振动。电磁污染。比较昂贵。原理：极板间加高压 (5 kV)电子螺旋运动 (longer path-length).气体分子被电子离化，向阴极运动.离子注入阴极(Ti，Ta)，溅射阴极材料.溅射出的阴极材料与气体反应，沉积在角落中或阳极上.10-4 Torr to 10-11 Tor

6、r溅射离子泵溅射离子泵优点干净，无油污染无运动部分，无振动，无噪音低功耗，使用时间长无断电问题缺点对惰性气体效率低每隔几年需要对阴极材料进行再生三极型离子泵提高对惰性气体的抽气效率加磁场增加电离效率；惰性气体被埋入真空容器壁而被除去。钛升华泵原理：加热Ti丝使其蒸发到冷壁.Ti原子与气体反应.优点及缺点：工作范围 10-8-10-11 Torr便宜，可靠，无噪音，无振动，无断电问题需要再生，很难排除惰性气体和甲烷真空泵的比较热偶真空计: 20 10-3TorrPirani Gauge （100 10-4Torr）1 x 10-9 Torr to 10-11 Torr 高真空测量：电离规(Ion

7、 Gauge)压强控制器Air admitted by regulator真空技术中的特殊要求清洁材料盲孔和焊接烘烤放气对材料的要求:放气小不渗漏玻璃和锌！？玻璃是很好的真空用材料，但漏氦。锌的蒸汽压过高，超高真空应避免使用。真空材料常用真空材料腔体材料：奥氏体不锈钢，比如321, 347, 304钢铝或铝合金，容易加工，放气率低，但强度低，易变形陶瓷玻璃化的氧化铝，放气率低，不易吸附气体，可耐高温 (1500摄氏度)，但陶瓷易碎且不易加工硼酸盐玻璃 ,硼硅酸玻璃 , 石英，用于小系统或作为观察窗. 易加工耐腐蚀.密封圈腈橡胶或丁钠橡胶通常作为垫圈，比如O型圈。不耐高温氟化橡胶可以耐200摄氏度， 常用于低压。快速接头高真空法兰电极法兰针尖阀焊接盲孔和焊接不要造成放气源外部内部焊接位置Gas inletMFCVacuum ChamberPressure GaugeVariable Capacitance ValveRoughing/Backing PumpValve Valve Oil FilterGas OutletHigh Vacuum Pump讨论：1、上述系统的操作过程2