《真空物理基础》课件

真空物理基础欢迎来到真空物理基础课程。本课程将深入探讨真空技术的原理、应用和发展趋势，为您打开一个神奇的微观世界大门。真空的定义和特点压力低于大气压真空是指气体压力低于标准大气压的状态。分子密度低真空中气体分子密度极低，分子间平均自由程增大。特殊物理性质真空环境下，材料表现出独特的物理、化学性质。真空的历史发展117世纪托里拆利发明水银气压计，开启真空研究。219世纪麦克斯韦和玻尔兹曼建立气体动理论。320世纪真空技术在工业中广泛应用，推动科技进步。真空的制备方法机械抽气利用机械泵排出气体，适用于低真空制备。物理吸附使用活性炭等材料吸附气体分子。化学吸附利用化学反应清除特定气体，如钛泵吸收氧气。冷阱法将气体冷凝成液体或固体，降低系统压力。真空压力单位及换算帕斯卡(Pa)国际单位制（SI）压力单位，1Pa=1N/m²。托(Torr)常用真空单位，1Torr≈133.322Pa。毫巴(mbar)欧洲常用单位，1mbar=100Pa。标准大气压1atm=101325Pa=760Torr。真空计的原理和分类机械式真空计利用机械形变测量压力，如U型管真空计。热传导真空计基于气体热传导率变化，如皮拉尼真空计。电离真空计通过气体电离测量，如冷阴极规和热阴极规。机械真空泵的结构和工作原理旋转叶片泵利用偏心转子和滑动叶片形成密封腔体，排出气体。罗茨泵两个"8"字形转子相向旋转，周期性排气。涡旋泵固定涡旋和运动涡旋配合，形成移动密封腔。分子真空泵的原理和特点1高速旋转2分子定向运动3无油污染4高真空获得分子泵利用高速旋转的转子叶片给气体分子以定向动量，实现抽气。离子真空泵的工作机理1电子发射2气体电离3离子轰击4气体吸附离子泵通过电子轰击气体分子，产生离子。这些离子被加速轰击钛阴极，溅射出钛原子，形成新鲜钛膜吸附气体。真空系统的构成与设计1真空室主体容器，用于容纳被抽气体和进行实验。2抽气系统包括各种真空泵，用于抽除气体。3测量系统真空计等，用于监测真空度。4控制系统阀门、仪表等，用于操作和调节系统。真空密封的重要性及材料选择金属密封如铜垫、铝垫，适用于高温、高真空。橡胶密封如O型圈，适用于常温、易拆卸场合。玻璃密封用于特殊仪器，如电子管。真空系统的泄露检查与防护压力上升法关闭系统，观察压力变化速率。喷涂法在可疑处喷洒酒精等易挥发液体。氦质谱检漏使用氦气和质谱仪精确定位泄漏点。真空系统的维护与保养1日常检查观察系统压力、温度等参数。2定期清洁清理真空室内壁和密封面。3更换耗材及时更换密封圈、滤油器等。4全面检修定期进行全系统检查和维护。真空表面处理技术离子清洗利用离子轰击清除表面杂质。等离子体处理改变表面性质，如增加亲水性。真空热处理在真空中进行材料热处理，避免氧化。离子注入将特定离子注入材料表面，改变性质。真空溅射技术的应用靶材轰击高能粒子轰击靶材。原子溅射靶材原子被击出。沉积基底溅射原子在基底上沉积。薄膜形成逐渐形成所需薄膜。真空镀膜工艺及其应用光学镀膜制作反射镜、滤光片等光学元件。装饰镀膜用于珠宝、汽车配件等美化。功能性镀膜如硬质涂层、导电涂层等。真空烧结技术的原理1高温加热2原子扩散3颗粒结合4致密化真空烧结在高温下促进粉末颗粒间的原子扩散，形成致密体。真空环境可防止氧化，提高材料纯度。真空熔炼技术的特点高纯度避免气体杂质污染，获得高纯材料。精确控制可精确控制合金成分和微量元素。均匀性好真空中熔体对流更均匀，成分分布一致。节能环保减少金属氧化损失，降低能耗。真空干燥技术的工艺流程预处理材料前处理，如切割、清洗等。抽真空将干燥室抽至所需真空度。加热升温控制加热速率，促进水分蒸发。恒温干燥在特定温度下保持一定时间。冷却降温缓慢冷却，防止材料开裂。真空包装技术的优势延长保质期隔绝氧气，抑制微生物生长和氧化反应。保持新鲜减少水分蒸发，保持食品原有风味和质地。便于运输减小体积，提高运输和储存效率。真空分析技术的发展趋势1高灵敏度检测极微量物质，如单分子水平分析。2高分辨率提高空间和能量分辨率，实现精细结构分析。3多功能集成结合多种分析技术，如XPS与AFM联用。4原位分析实现样品制备、处理和分析一体化。真空技术在半导体领域的应用薄膜沉积制作各种功能薄膜，如栅极氧化层。刻蚀工艺精确去除材料，形成微细结构。离子注入掺杂半导体，调控电学性质。晶圆键合在真空中实现晶圆之间的牢固结合。真空技术在新能源领域的应用太阳能电池真空镀膜制作各功能层，提高光电转换效率。锂离子电池真空干燥电极材料，真空封装提高安全性。氢燃料电池真空沉积催化剂层，提高反应效率。真空技术在航天航空领域的应用空间环境模拟大型真空舱模拟太空环境，测试航天器。卫星制造真空镀膜、焊接等工艺制造卫星部件。航空材料真空熔炼高性能合金，用于发动机部件。真空技术在生物医疗领域的应用冷冻干燥制备疫苗、血浆等生物制品。组织工程真空电纺制备生物支架材料。医疗器械真空镀膜提高植入物生物相容性。基因测序真空系统辅助DNA测序仪器工作。真空技术在材料科学领域的应用1新材料制备2表面改性3材料分析4性能测试真空技术在材料科学中扮演着关键角色，从新材料的制备到性能测试的全过程都离不开真空环境和设备。真空技术在化学工业领域的应用真空蒸馏分离沸点相近的混合物。真空干燥处理热敏性化学品。真空浓缩提高溶液浓度。真空反应进行特殊化学反应。真空技术在光学加工领域的应用光学镀膜制作反射镜、滤光片等光学元件。精密清洗去除光学元件表面的微粒和油污。真空镀膜制作防反射膜、高反射膜等功能膜。真空技术在超导领域的应用薄膜制备真空沉积制备超导薄膜。材料纯化真空熔炼提纯超导材料。低温环境真空绝热维持超导所需低温。性能测试真空环境下进行超导特性测量。真空技术在先进制造领域的应用微电子制造光刻、刻蚀等工艺都需要真空环境。3D打印金属3D打印需要真空或惰性气