真空獲得與真空泵

真空概念真空獲得與真空泵真空測量定義：真空泛指壓力低于一個(gè)大氣壓的任何氣態(tài)空間。真空單位粗真空低真空

高真空超高真空真空度的劃分1.由理想氣體狀態(tài)方程PV=(m/M)RT可得n=7.2×1022P/T(個(gè)/m3)相對真空在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣體分子密度n=3×1019個(gè)/cm3；1.33×10-4Pa高真空下，T=293K時(shí)，n=3.2×1010個(gè)/cm32.氣體分子平均自由程：氣體分子之間相鄰兩次碰撞的距離。s分子直徑，p為壓強(qiáng)，T為氣體溫度，k為玻耳茲曼常數(shù)。不同真空區(qū)域物理特性3.單位面積上分子與固體表面碰撞的頻率：

M和T分別為氣體分子的分子量和溫度。在普通高真空，例如時(shí)，對于室溫下的氮?dú)猓?，如果每次碰撞均被表面吸附，按每平方厘米單分子層可吸附個(gè)分子計(jì)算，一個(gè)“干凈”的表面只要一秒多鐘就被覆蓋滿了一個(gè)單分子層的氣體分子：在超高真空或時(shí)。“干凈”表面吸附單分子層將達(dá)幾小時(shí)到幾十小時(shí)之久tML氣體分子覆蓋表面一個(gè)單原子層的時(shí)間真空的獲得與真空泵能夠從密閉容器中排出氣體或使容器中的氣體分子數(shù)目不斷減少的設(shè)備稱為真空泵。目前已經(jīng)能夠獲得和測量從大氣壓力105Pa到10-13Pa。在真空獲得技術(shù)中，一種是通過某種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)把氣體直接從密閉容器中排出；另一種是通過物理、化學(xué)等方法將氣體分子吸附或冷凝在低溫表面上。工作過程：氣體從入口進(jìn)入轉(zhuǎn)子和定子之間偏軸轉(zhuǎn)子壓縮空氣并輸送到出口氣體在出口累積到一定壓強(qiáng)，噴出到大氣工作范圍及特點(diǎn)：Atmosphereto10-3

torr耐用，便宜油潤滑，污染缺點(diǎn)：返油、振動(dòng)機(jī)械泵羅茨泵Rootspump隙縫不用油封，轉(zhuǎn)子較大轉(zhuǎn)速，無卡住危險(xiǎn)。在一定壓強(qiáng)范圍有相當(dāng)大抽速。渦輪分子泵氣體分子被高速轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪片撞擊，向出口運(yùn)動(dòng)多級(jí)速度：30,000-60,000rpm.轉(zhuǎn)子的切向速度與分子運(yùn)動(dòng)速率相當(dāng)Atmosphereto10-10

Torr油，潤滑油，電磁污染是最常見的HV/UHV泵.優(yōu)點(diǎn)基本沒有油的污染啟動(dòng)和關(guān)閉很快缺點(diǎn)噪聲大，有振動(dòng)。比較昂貴。液氮冷卻有很大表面積的分子篩Atm~10-3

Torr(可以用兩個(gè)泵交替工作)很容易飽和>200°C烘烤除去吸附的氣體簡單便宜,無油污染冷凝泵加熱油從噴嘴噴出，氣體分子與油分子碰撞，向出氣口運(yùn)動(dòng)需要水冷，前級(jí)泵10-3to10-7

Torr(to10-9

Torr，液氮冷阱)優(yōu)點(diǎn)耐用成本低，抽速快無震動(dòng)和聲音缺點(diǎn)油污染

油擴(kuò)散泵離子泵極板間加高壓(~5kV)電子螺旋運(yùn)動(dòng)(longerpath-length).氣體分子被電子離化，向陰極運(yùn)動(dòng).離子注入陰極(Ti，Ta)，濺射陰極材料.濺射出的陰極材料與氣體反應(yīng)，沉積在角落中或陽極上.10-4

Torrto10-11

Torr三極型離子泵提高對惰性氣體的抽氣效率優(yōu)點(diǎn)干凈，無油污染無運(yùn)動(dòng)部分，無振動(dòng)，無噪音低功耗，使用時(shí)間長缺點(diǎn)對惰性氣體效率低每隔幾年需要對陰極材料進(jìn)行再生真空測量3.1

熱偶真空規(guī)管測量原理：利用氣體的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，以氣體的熱導(dǎo)率隨氣體壓強(qiáng)的變化為基礎(chǔ)。熱絲的溫度∝氣體的壓強(qiáng)3.2

電離真空規(guī)管測量原理：足夠能量的電子,在氣體中與分子碰撞時(shí)能引起分子的電離，產(chǎn)生正離子及電子。電子在一定的飛行路程中與分子的碰撞次數(shù),正比與分子的數(shù)密度(單位體積分子數(shù)).產(chǎn)生的正離子數(shù)∝氣體的壓強(qiáng)低真空(atm~10-4

Torr)熱偶Pirani

真空計(jì)膜片式真空計(jì)高真空電離規(guī)IonGauge剩余氣體分析ResidualGasAnalyzer熱偶真空計(jì)

ThermocoupleGauge散熱與氣體壓強(qiáng)相關(guān)

加熱絲的溫度與氣體壓強(qiáng)相關(guān)用熱偶測量加熱絲的溫度

壓強(qiáng)PiraniGauge散熱與氣體壓強(qiáng)相關(guān)

加熱絲的溫度與氣體壓強(qiáng)相關(guān)加熱絲的電阻與溫度相關(guān)用平衡電橋測量加熱絲的電阻

壓強(qiáng)高真空測量：電離規(guī)(IonGauge)熱絲發(fā)射熱電子熱電子加速并電離氣體，離子被收集形成電流電流與壓強(qiáng)成正比1x10-9Torrto10-11Torr真空材料力學(xué)性能：容易加工成型.在所涉及的溫度下能保持強(qiáng)度并能經(jīng)受反復(fù)的升降溫?zé)釋W(xué)性能：高溫下仍具有低蒸汽壓不同部分的熱膨脹系數(shù)應(yīng)匹配氣體負(fù)載：不能多孔無裂縫和氣孔表面光滑Airadmittedbyregulator常用真空材料奧氏體不銹鋼，比如321,347,304鋼鋁或鋁合金，容易加工，放氣率低，但強(qiáng)度低，易變形陶瓷－玻璃化的氧化鋁，放氣率低，不易吸附氣體，可耐高溫(150