真空技术简介课件

高低真空的获得和测量2012-02-18教学内容真空基本知识和技能介绍：真空概述、真空单位、不同真空区域的划分以及他们对应的物理现象等、真空的获得、机械泵油扩散泵工作原理、真空的测量、热偶真空计和电离真空计工作原理、几种不同的真空检漏的方法等。低气压下高电压放电、定容法和静态升压法的原理介绍。仪器结构的介绍：DM300型镀膜机的结构和各主要部分的功能、低真空设备的结构和各部分的功能。实验内容和注意事项（操作步骤）的介绍。低真空示范下操作观察放电现象真空概述真空：低于一个大气压的气体状态。1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。他在一端封闭的玻璃管内装满水银，然后把它倒立在水银槽内，管子顶端出现了一段空出，从此确立了真空的概念并首次测得大气压强的数值为760mm汞柱。自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。真空的获得

机械泵机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀压缩从而获得真空的泵，机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式机械泵。机械泵可在大气压下启动正常工作，其极限真空度可达0.1Pa，它取决于：定子空间中两空腔间的密封性，因为其中一空间为大气压，另一空间为极限压强，密封不好将直接影响极限压强；排气口附近有一“死角”空间，在旋片移动时它不可能趋于无限小，因此不能有足够的压气去顶开排气阀门；泵腔内密封油有一定的蒸汽压（室温时约为0.1Pa）。油扩散泵扩散泵是利用气体扩散现象来抽气的，最早用来获得高真空的泵就是扩散泵，目前依然广泛使用。当扩散泵油被加热后油蒸汽可以沿蒸汽导流管上喷，然后被喷口帽阻挡后折反向下喷射，高速定向喷射的油分子在喷嘴出口处的蒸汽流中形成一低压，将扩散进入蒸汽流的气体分子带至泵口被前级泵抽走，而油蒸汽在到达泵壁后被冷却水套冷却后凝聚，返回泵底再被利用。扩散泵的启动压强应小于10Pa，因为在这一压强下，可以保证绝大部分气体分子以定向扩散形式进入高速蒸汽流。此外若扩散泵在较高空气压强下加热，会导致具有大分子结构的扩散泵油分子的氧化或裂解。油扩散泵的极限真空度主要取决于油蒸气压和反扩散两部分，目前一般能达到10-3~10-5Pa。目前油扩散泵比较理想的是硅油，硅油分子量大，蒸气压低，有利于提高真空度。汞有毒，最好不用。电离真空计电离真空计也叫电离规，电离规为一只特殊的三极真空管，收集极的电极相对于阴极为-30V，而栅极上正电位为+200V，若使阴极发射的电子流和栅极的电位稳定，则阴极发射的电子在栅极作用下高速运动并与气体分子相碰，使气体分子电离成离子。正离子将被负电位的收集极吸收而形成离子流，经放大器放大后由微电流计指示，形成的离子流与电离规中的气体的压力成正比，因此可从离子电流的大小，即可直接读出真空度，测量范围为10-1~10-6Pa。使用时特别注意，当压强高于0.1Pa时，电离真空计中的灯丝会因高温很快被氧化烧毁，因此必须在真空度达到0.1Pa以上时，才能开始使用电离真空计。为了使用方便，通常把热偶真空计和电离真空计组合成复合真空计。目前真空计正朝着宽量程、数字化、电脑型发展。真空检漏真空度的好坏，除了泵的性能之外，还和被抽容器或系统的清洁程度、密封性能密切相关。在选择真空系统材料时，通常选用气密性好，出气率低的材料，如碳钢、不锈钢、硬质玻璃等，而且事先必须经过清洁处理。这些条件都具备后，如果一个系统抽了很长时间，还不能达到设计要求，可断定此系统存在漏气。判断系统是否漏气比较容易，但要检查出漏气发生在哪一个部位就比较困难，只有查出漏气点才能修复、堵漏。对于玻璃系统，在真空度低于0.1Pa时，可用高频电火花真空测定仪，打开电源后，探头出现杂散的紫色火花，如遇漏孔，杂散火花变成一束明亮的光柱，并在漏孔处出现亮点。对于金属系统或真空度高于0.1Pa的玻璃系统，不能使用高频电火花真空测定仪来检漏。这时可用酒精、丙酮、甲醇等挥发性液体涂在怀疑有漏孔处，遇上漏孔时，挥发气体进入系统，系统的真空度会突然下降，这是漏孔相对较大时的方法。对特别微小的漏隙，如在高真空系统，能达到高真空但达不到设计要求，这时可采用静态升压法，但此法也只能判断是否漏气，不能确定漏气的部位。检漏还有许多方法，最快捷、灵敏的是氦质谱检漏。把示踪气体（一般用氦气）喷在真空容器外面，用仪器去检测容器内是否含有示踪气体。这种方法不仅灵敏度高，而且可以确定漏气部位。放电原理和现象低压气体在高压电场中被电离而导电，并发生辉光放电现象，辉光的颜色、形状，亮度将随着气压的不同而改变。将一封有金属电极的玻璃放电管接入真空系统中，加上高压后就可以通过放电现象来粗略地估计真空度。低真空的获得和测量实验内容（1）学习开动机械泵获得低真空；（2）利用U形管，热偶计测量真空度；（3）观察不同真空度时放电管和高频火花真空检漏仪的放电现象，与U形管、热偶计比较，对照；（4）测得本次实验之最高真空度；（5）测量P－t和lnP-t关系曲线并求粗真空下的机械泵的抽速；（6）根据低真空下得P-t和lnP-t关系曲线分析低真空下的抽气速率；（7）研究放电对真空度及热偶计的影响（选做）低真空实验示范下放电现象的观察。操作步骤和注意事项见讲义静态升压法判断漏气来源在高真空系统，漏孔或漏隙用肉眼一般是看不出来的我们通常采用静态升压法，即把系统抽到一定压强后，关闭阀门，将被检部分与泵隔开，由于漏气和表面放气，被检部分的压强将随时间而上升，用电离真空计或复合真空计和秒表，测出P-T关系曲线，由曲线形状，我们可以判断系统是否漏气，如图所示。1）直线A平行于T轴，说明压强是恒量,它不随时间而变化，表明系统既无放气也无漏气。2）曲线B开始上升较快而后渐渐变成平行于T轴的直线。这说明系统只有放气而无漏气，气压较低时放气速率较大，达到某一气压值时，放气速率和吸气速率相等，达到平衡，曲线即趋于水平直线。3)直线C是一斜率为

的直线。这说明系统只有漏气。4）曲线D开始上升较快，而后渐渐减慢，最后变成直线，这说明系统既有