真空技術(shù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用現(xiàn)狀參考教學(xué)課件

真空技術(shù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用現(xiàn)狀劉甲朋1

一、真空概述22023/6/81643年。伽利略（GalileoGalilei）的弟子托里拆利（EvangelistaTorricelli）在意大利佛羅倫薩市（Florence）做了一個著名的實(shí)驗(yàn)，將一端密封的長管注滿水銀并倒置在盛有Hg（汞）的槽里時，發(fā)現(xiàn)了密封的玻璃管中760mm水銀柱頂端產(chǎn)生的真空。從而證實(shí)了大氣的壓力可支撐760mm汞柱的重量。托里拆利實(shí)驗(yàn)32023/6/81654年，德國工程師蓋利克（OttovonGuericke）利用其發(fā)明的活塞抽氣泵在馬德堡市（Magdeburg）公開表演馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，即兩邊各用八匹馬，也不能將合攏在一起的已抽真空的兩個半球拉開。從此，人們對大氣壓力有了認(rèn)識，物理學(xué)家們開始對低氣壓中的現(xiàn)象進(jìn)行研究，工程師們發(fā)明了各種抽氣機(jī)。馬德堡半球?qū)嶒?yàn)42023/6/8陰極射線（Goldstein，1876年）碳絲燈泡（T.A.Edison，1879年）X射線（W.Rontgen,1895年）真空二極管（A.Fleming，1902年）真空三極管（L.Forest，1907年）充氣日光燈（I.Langmuir，1915年）X射線管（W.D.Coolidge，1915年）早期真空相關(guān)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明：52023/6/8真空泛指低于地區(qū)大氣壓力的氣體狀態(tài)1、真空的定義：2、真空的特點(diǎn)：與大氣壓有壓力差分子數(shù)密度低平均自由程長在表面形成單分子層的時間長62023/6/83、描述真空度的單位：帕斯卡（Pa）：1Pa=1N/m2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）：1atm=101325Pa巴（bar）：1bar=105Pa托（Torr）：1Torr=1/760atm≈133Pa72023/6/84、真空區(qū)域的劃分根據(jù)GB/T3163-93，真空區(qū)域大致劃分如下：低真空：105Pa~102Pa中真空：102Pa~10-1Pa高真空：10-1Pa~10-5Pa超高真空：10-5Pa~10-9Pa極高真空：<10-9Pa82023/6/8二、真空系統(tǒng)用于滿足某種真空工藝要求，具有獲得并測量、控制有特定真空度的系統(tǒng)稱為真空系統(tǒng)92023/6/8真空系統(tǒng)的組成1、真空容器2、真空獲得設(shè)備3、真空測量設(shè)備4、真空控制系統(tǒng)5、真空檢漏102023/6/81、真空容器（vacuumchamber）根據(jù)力學(xué)計(jì)算能允許容器的壓力低于環(huán)境壓力的真空密封容器112023/6/8常用的真空容器主要有圓形和方形兩種，圓形又分為立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)材質(zhì)通常為304不銹鋼，有特殊要求時，可以選用其他材料122023/6/82、真空獲得設(shè)備用來獲得真空的設(shè)備，稱為真空泵，按其工作原理，分為兩大類：壓縮型真空泵：將氣體從泵的入口端壓縮到出口端，并排出泵體外。吸附型真空泵：利用各種吸氣作用將氣體吸附在泵體內(nèi)以達(dá)到降低真空度的作用。132023/6/8142023/6/8羅茨真空泵旋片真空泵螺桿泵分子泵低溫泵152023/6/8羅茨泵機(jī)組162023/6/8真空系統(tǒng)泵組組合172023/6/83、真空測量設(shè)備真空度的高低通常用氣體壓強(qiáng)來表示，氣體壓強(qiáng)越低，真空度越高；反之，氣體壓強(qiáng)越高，真空度越低。真空測量，就是測量真空系統(tǒng)的氣體壓強(qiáng)。182023/6/8按照測量原理的不同，可將真空計(jì)分為以下三種：（1）壓縮真空計(jì)：先將氣體壓縮，讓其壓強(qiáng)升高，測出升高后的壓強(qiáng)后，再設(shè)法計(jì)算出原來的壓強(qiáng)。（2）熱傳導(dǎo)真空計(jì)：利用一根熱的導(dǎo)絲，測量氣體導(dǎo)熱造成的某些效應(yīng)，如溫度的變化等。（3）電離式真空計(jì)：利用電子碰撞氣體分子，使其電離，然后測量所得的離子流。192023/6/8各種真空計(jì)適用壓力范圍202023/6/8幾種常用真空計(jì)簡介電容薄膜真空計(jì)原理：壓強(qiáng)改變時薄膜發(fā)生形變，它和感知電極間的距離改變，從而其間的電容量改變，用電學(xué)的方法測出電容量，便可通過校準(zhǔn)確定氣體壓強(qiáng)。量程：其量程有四個數(shù)量級，105Pa~10Pa、104Pa~1Pa、103Pa~10-1Pa、102Pa~10-2Pa特點(diǎn)：量程寬(1×105Pa~1×10-2Pa)，精度高，穩(wěn)定性好，測量結(jié)果與氣體種類無關(guān)，特別是可以測量蒸汽和腐蝕性氣體的壓力212023/6/8熱陰極電離真空計(jì)原理：使待測空間的氣體電離，測量所產(chǎn)生的離子濃度，離子濃度正比于氣體濃度，故在一定壓強(qiáng)范圍內(nèi)常能得到線性的關(guān)系。量程：1~1×10-5Pa優(yōu)點(diǎn)：（1）測出的為總壓強(qiáng)（2）反應(yīng)迅速，可連續(xù)讀數(shù)，還可遠(yuǎn)距離控制；（3）對機(jī)械振動不敏感缺點(diǎn)：（1）靈敏度與氣體種類有關(guān)（2）壓強(qiáng)高于10-1Pa時，燈絲易于燒毀。222023/6/84、真空控制系統(tǒng)控制真空系統(tǒng)中機(jī)組的啟停，大門的開、閉，真空系統(tǒng)真空度、溫度的監(jiān)測系統(tǒng)，稱為真空控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制操作界面、顯示界面等。232023/6/85、真空檢漏技術(shù)一個理想的真空容器，當(dāng)達(dá)到真空狀態(tài)后，與對其工作的真空泵隔離，該容器內(nèi)的真空度不應(yīng)改變。而一個真正容器內(nèi)，則壓強(qiáng)會上升，這是由于容器壁表面出氣、滲透和漏氣等因素構(gòu)成的。任何一個真空系統(tǒng)，漏氣時絕對的，不漏時相對的。一個真空系統(tǒng)的極限壓強(qiáng)，實(shí)際就是抽氣與漏氣達(dá)到動態(tài)平衡時的壓強(qiáng)。242023/6/8真空系統(tǒng)的漏氣分為實(shí)漏和虛漏虛漏是指真空容器內(nèi)部有漏源，如材料內(nèi)部有孔洞，或結(jié)構(gòu)上有死空間，其中的氣體不能有效的被真空泵抽走，而是通過縫隙緩慢地，源源不斷地漏向真空系統(tǒng)，就像有漏孔存在一樣，但又無法從外部檢測出來。它可以通過選用優(yōu)質(zhì)材料或改變設(shè)計(jì)方案解決實(shí)漏指與外界連接的漏孔造成的漏氣。它可以通過適當(dāng)?shù)臋z漏方法和檢漏儀器檢測出來。252023/6/8真空泄漏測量指標(biāo)：漏率，單位：Pa?m3/s真空泄漏常用測量方法：氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏262023/6/86、真空容器設(shè)計(jì)參數(shù)示例容器直徑：DN5000mm；筒體壁厚：20mm（局部加強(qiáng)筋）極限真空：5×10-5Pa（液氮低溫）漏率：

優(yōu)于2×10-5Pa·L/s泵組：羅茨泵干泵機(jī)組、分子泵、低溫泵272023/6/8容器直徑：DN2500mm；筒體壁厚：16mm極限真空：7×10-5Pa（液氮低溫）漏率：

優(yōu)于2×10-5Pa·L/s泵組：羅茨泵機(jī)組、分子泵、低溫泵282023/6/8容器直徑：DN1600mm；筒體壁厚：12mm極限真空：2×10-4Pa漏率：

優(yōu)于2×10-5Pa·L/s泵組：雙旋片泵、雙分子泵292023/6/8三、真空技術(shù)的應(yīng)用從電氣除塵器到食品的真空包裝等日常應(yīng)用，到薄膜合成，核聚變，加速器，宇宙航行領(lǐng)域?yàn)橹?，真空技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用302023/6/8312023/6/8322023/6/8與真空技術(shù)有關(guān)的各種行業(yè)及其應(yīng)用實(shí)例332023/6/8四、真空系統(tǒng)示例342023/6/8真空鍍膜機(jī)在真空下對需要鍍膜的產(chǎn)品進(jìn)行鍍膜，具體包括很多種類，包括真空離子蒸發(fā)，磁控濺射，MBE分子束外延，PLD激光濺射沉積等很多種。主要思路是分成蒸發(fā)和濺射兩種。應(yīng)用示例：如：衛(wèi)浴五金（如水龍頭、眼鏡片、汽車輪轂、首飾等裝飾品鍍超耐磨裝飾（金銀）納米膜和納米疊層膜。352023/6/8真空爐真空燒結(jié)真空淬火真空釬焊真空冶煉362023/6/8熱真空環(huán)境模擬設(shè)備用以模擬真空、冷黑和太陽輻射3項(xiàng)宇宙空間基本參數(shù)，用于進(jìn)行航天器的熱真空試驗(yàn)和熱平衡試驗(yàn)。372023/6/8大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）大型強(qiáng)子對撞機(jī)是世界上最大、能量最高的粒子加速器，由34個國家超過兩千位物理學(xué)家所屬的大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室所共同出資合作興建的。有大約80個國家的7000名科學(xué)家和工程師參與項(xiàng)目建設(shè)。它包含了一個圓周長為27公里的圓形隧道，位于地下50至150米之間。隧道本身直徑三米，位于同一平面上，坐落于在瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心（又名歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室），橫跨法國和瑞士的邊境。382023/6/8其他應(yīng)用真空包裝真空干燥真空蒸餾真空輸送真空解凍真空含浸吸塵器392023/6/8五、真空列車與真空真空列車是指在密閉的真空管道內(nèi)行駛，不受空氣阻力、摩擦及天氣影響402023/6/81、真空管道目前，直徑六米以上，真空度-5、-6量級的真空容器已可輕易加工完成412023/6/82、真空度獲得各種真空泵技術(shù)已經(jīng)非常完善，但是如何更經(jīng)濟(jì)，更環(huán)保，更快速的獲得項(xiàng)目運(yùn)行所需的真空度，是我們目前需要解決的難題。422023/6/