真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用

VacuumTechnology(真空技術(shù)）

ConceptsandKeyPoints（基本概念和技術(shù)要點(diǎn)）張家良大連理工大學(xué)三束材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室TheState-keyLab.forMaterialModification,DalianUniversityoftechnology

1真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/20241Concepts（基本概念）MeanFreePathofgasmolecules（分子平均自由程）:Viscoseflow（粘滯流）Vs.Molecularflow（分子流）

Gasflow（氣體流動(dòng)）:

Throughput（流量）,Conductance（流導(dǎo)）,Pumpingspeed（抽氣速率）Pumps:Mechanical（機(jī)械泵）,Roots（羅茨泵）,Turbo（渦輪分子泵）,

Diffusion（油擴(kuò)散泵）,Dry（干燥泵）,Ion（離子泵）,Cryo（冷凝泵）

Gauges（真空規(guī)）:Mechanical（機(jī)械規(guī)）,Thermalconductance（熱導(dǎo)規(guī)）,

Ionization（電離規(guī)）,Chambers（真空腔體）:Joints（連接密封件）(metal（金屬件）,elastomer),

parts（真空部件）Outlines(概述）:2真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024Keypoints(技術(shù)要點(diǎn))Practicalconcerns

:(實(shí)用技術(shù)）

Surface

(表面的真空特性)

Material(真空材料的采用）:

SUS（不銹鋼）,Alalloy（鋁合金）,

ceramic（陶瓷）,plastic（塑料）,

Baking（烘烤技術(shù)） Virtualleak（虛假漏氣）

Leaktest

（檢漏技術(shù)） UHV（超高真空的獲得）Outlines(概述）:3真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024VacuumTechnology-1

（真空技術(shù)之一）Concepts（基本概念）4真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024什么是真空？真空：氣體分子數(shù)量低于大氣壓狀態(tài)的空間。但不是完全空的5真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空術(shù)語(yǔ)本底真空度：全密封真空腔體內(nèi)抽空時(shí)的氣壓工作真空度：實(shí)驗(yàn)或工藝過(guò)程所必須的氣壓力極限真空度：真空泵進(jìn)氣口處測(cè)量得到的氣壓真空規(guī)：測(cè)量真空中氣壓的儀表或者傳感器真空度單位：氣壓的單位

真空度就是真空中的氣壓。真空的測(cè)量就是氣壓的測(cè)量6真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024氣壓?jiǎn)挝婚g的換算關(guān)系7真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：

0度時(shí)，760mm水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。大氣壓：地球表面上，大氣層產(chǎn)生的氣壓隨海拔高度和緯度不同而不同，在海拔3000米以內(nèi)，每升高12米，降低1torr.工業(yè)大氣壓：

1am=1kg/cm2=735.56torr

一個(gè)大氣壓約為1公斤壓力8真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024

真空的分類粗真空：1atm-1Torr中真空:1torr—10-3Torr高真空:10-3Torr---10-7Torr超高真空:10-7Torr---10-12Torr極高真空：<10-12Torr根據(jù)：真空應(yīng)用范圍、真空物理特性、真空泵和真空規(guī)的使用范圍等，劃分真空度。9真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空技術(shù)的發(fā)展歷史1602年，德國(guó)開(kāi)始，水泵和空氣泵獲得真空。最好真空度0.25Torr.1873年，白熾燈泡發(fā)明，電子管出現(xiàn)，真空開(kāi)始應(yīng)用。1905年，旋轉(zhuǎn)水銀真空泵1907年，油封旋轉(zhuǎn)真空泵1913年，分子抽氣機(jī)1915年，擴(kuò)散泵，進(jìn)入高真空時(shí)代10真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空技術(shù)的發(fā)展歷史1948年，大量尖端技術(shù)出現(xiàn)，需求超高真空。發(fā)明了離子泵，可實(shí)現(xiàn)超高真空。1950年前后，吸氣材料被應(yīng)用于真空獲得。發(fā)明了Ti升華泵。70年代，分子抽氣泵被改進(jìn)，發(fā)展出渦輪分子泵，可以替代擴(kuò)散泵，獲得高真空。

目前廣泛使用渦輪分子泵獲得高真空和超高真空11真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空技術(shù)的發(fā)展歷史真空規(guī)的發(fā)展歷史1873年，發(fā)明壓縮式真空計(jì)，1874年，熱輻射真空計(jì)（熱電阻）。1906年，熱真空計(jì)（熱電偶的使用）電離真空計(jì)1937年，磁控管真空計(jì)1946年，輻射電離真空計(jì)之后，各類真空計(jì)的精度逐漸提高，出現(xiàn)了大量改進(jìn)型，目前常用有：熱輻射真空計(jì)（低、中真空），熱電偶真空計(jì)（中、高真空），電離真空計(jì)（高、超高真空），磁控管真空計(jì)（超高，極高真空）12真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空技術(shù)中的物理基礎(chǔ)基本概念平均自由程(l)：熱運(yùn)動(dòng)的分子相繼兩次碰撞之間飛越的距離。流量，抽氣量(Q)：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過(guò)抽氣管道的氣體分子總量。單位：Torr.L/s流導(dǎo)(U)：真空管道流過(guò)氣體的能力。流過(guò)管道的流量與管道兩端壓差之比.U=Q/(P2-P1),單位：L/s(升/秒)13真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空技術(shù)中的物理基礎(chǔ)基本概念分子流：分子在流動(dòng)過(guò)程中自由飛行，互相之間不碰撞。高真空和超高真空下的流動(dòng)。分子自由程遠(yuǎn)大于管道直徑。粘滯流：與分子流相對(duì)，分子自由程遠(yuǎn)小于管道直徑，中真空下的流動(dòng)。湍流：粘滯流的一類特殊狀態(tài)，流速大而粘滯強(qiáng)出現(xiàn)的不規(guī)則渦旋流動(dòng)狀態(tài)。14真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024基本定律和方程：設(shè)計(jì)和分析真空系統(tǒng)的特征常用的基本定律理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT理想氣體實(shí)驗(yàn)三定律：?，敹?；蓋呂定律和查理定律。是理想氣體方程的推論。

PV=const(T,n常數(shù)）

V/T=const(P,n常數(shù))P/T=const(V,n常數(shù)）阿佛伽德羅定律：阿佛伽德羅常數(shù)N0=6.023X1023/mol

P=nmvs2/3=rvs2/3=nKTm—分子質(zhì)量；n—單位體積氣體的分子數(shù)；vs是氣體分子平均速率。真空技術(shù)中的物理基礎(chǔ)15真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024氣體分子的速度：氣體分子速度是隨機(jī)的熱運(yùn)動(dòng)速度。但是其平均速率是確定的：

V≈vs=(8KT/pm)0.5=150(T/M)0.5

其中，m是分子質(zhì)量，M是分子量。分子的平均自由程

l=1/pD2n,D是分子直徑。真空技術(shù)中的物理基礎(chǔ)16真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024例子：氣體分子的平均速率:空氣

(80%N2+20%O2)at20oCMeanFreePath:平均自由程P=760torrl=700? t=0.14nsP=1torr

l=50mm t=100nsP=10-3torrl=5cm t=100msP=10-6torr

l=50m t=0.1s直徑是3?的分子并且17真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空獲得技術(shù)真空泵真空度測(cè)量真空室和部件設(shè)計(jì)真空系統(tǒng)真空維持18真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空獲得技術(shù)—真空泵真空泵的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)抽氣速率：在泵的入口處，壓強(qiáng)為P,單位時(shí)間內(nèi)抽出的氣體量為Q,抽速Sp

=Q/P,單位：L/s有效抽氣速率：真空泵與真空室之間通常有管道，管道存在壓差，減小了泵的抽速。管道流導(dǎo)為U,有效抽速S=SpU/(Sp+U)起始?jí)簭?qiáng)：真空泵開(kāi)始工作的允許壓強(qiáng)，泵的工作原理決定。有些需要真空下開(kāi)始工作，因此前級(jí)泵是必須的。極限真空度：沒(méi)有漏氣和內(nèi)壁脫氣條件下，真空泵所能達(dá)到的最低氣壓，工作介質(zhì)決定了極限真空。

19真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024如果平均自由程>

真空室尺寸?

分子流分子的運(yùn)動(dòng)互相之間是獨(dú)立的，分子與墻壁表面的碰撞速率決定真空泵的抽氣速度。

真空度如果平均自由程

<真空室尺寸

?

粘滯流

分子運(yùn)動(dòng)互相影響

分子與分子的碰撞決定抽氣氣流動(dòng)力學(xué)，

真空度真空獲得技術(shù)—真空泵獲得真空的方法：使用真空泵或者吸氣劑，真空泵是獲得真空的最重要工具。真空泵性能指標(biāo)決定真空度高低。20真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024抽氣速率的計(jì)算:通常情況下,真空泵的抽氣量正比于真空室氣壓P,

泵抽速S

定義為：S

單位：升/秒,?/sQ=PS，因此分子數(shù)減少速率為：

流量為：at

T=constPV=NRT,N是分子總數(shù)atT=const21真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024通常穩(wěn)態(tài)條件下，抽氣管道中的流量是守恒的，即：Q=P1S1=P2S2pump25?/spump1500?/sP1P2P2=100P122真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024pump500?/sP1,P2連接管道，流導(dǎo)為：S1S2D=直徑,incmL=長(zhǎng)度,incmC=流導(dǎo),in?/s例子1D=15cmL=20cmC=2025?/sS1=401?/s例子2D=10cmL=20cmC=600?/sS1=273?/s真空泵昂貴.連接管便宜.分子流條件下C有管道的真空泵抽速：23真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024管道流導(dǎo)的計(jì)算：管道并聯(lián)的流導(dǎo)C=C1+C2管道串聯(lián)的流導(dǎo)24真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024D=直徑,incmL=長(zhǎng)度,incmC=流導(dǎo),in?/sPav=管道內(nèi)平均氣壓,intorr@分子流條件,D~5cm,P<mtorr@粘滯流,P>mtorrPavC@D~5cm,L=constviscousmolecularmtorrl=5cm@1mtorr管道流導(dǎo)的計(jì)算：25真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024pump2100?/spump1500?/sChamer1gasinlet,N21x10-3torr?/sconnectingtube1cminnerdiameter10cmlengthgasinlet,O21x10-4torr?/sChamer2估計(jì):P(N2)inchamber1P(N2)inchamber2P(O2)inchamber126真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024抽空時(shí)間計(jì)算：抽氣流量方程

例子V=1000?S=500?/st=2s每2.3t,氣壓降低10倍實(shí)際上,真空度f(wàn)rom10-6torrto10-7torr，卻需要比上述估計(jì)長(zhǎng)得多的時(shí)間為什么？

器壁表面脫氣。因此腔體材料的選擇十分重要，特別是高真空系統(tǒng)27真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024各類真空泵的抽速真空泵的分類抽氣式旋片式真空泵擴(kuò)散泵渦輪分子泵分子拖拽泵吸氣式冷凝泵離子泵升華泵28真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024常用真空泵的原理:機(jī)械泵:

油旋片泵,羅茨泵干式葉片泵,

輥對(duì)泵,隔膜泵擴(kuò)散泵渦輪分子泵離子和升華泵冷凝泵抽速工作氣壓壓縮比氣體選擇性29真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024旋片式機(jī)械泵MechanicalPump第一級(jí):downto10-1torr第二級(jí):downto10-3torr30真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024inlet31真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024密封,潤(rùn)滑返流?分子篩過(guò)濾油式干式(無(wú)油)密封不好壽命短污染Inletpressure:10-3torr~torr~atmheavyloadathighpressureOutletpressure:1atm~1.1atmlimitedbyoilvapor&airbackleak32真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024抽速大PinPout壓縮比低~10凈抽速 Qnet=PinSfor-PoutSbackIfPoutishigh,Qnetcanbereducedto0此時(shí)Pout/Pin

達(dá)到，因此

K=Pout/Pin=Sfor/Sback

羅茨泵壓縮比定義：to機(jī)械泵33真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024對(duì)輥泵干式壽命短(5000hrs)抗腐蝕性低Inletpressure:10-3torr~torr~atmOutletpressure:1atm~1.1atm34真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/202435真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024隔膜泵抽速低<16升/秒極限真空低成本低大氣壓下工作密封簡(jiǎn)單耐腐蝕氣體36真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024油擴(kuò)散泵10-3~10-1torr10-4~10-7torr便宜,耐用返油加熱慢(~0.5hr)&冷卻慢(~2hr)電消耗量大加熱器~200oCoiljet原理:油分子（大分子）的動(dòng)量>>氣體分子的動(dòng)量，傳遞動(dòng)量實(shí)現(xiàn)被抽分子的定向運(yùn)動(dòng)，而油分子本身幾乎不受影響。冷卻水管道37真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024負(fù)載過(guò)大，抽速降低油蒸汽壓平均自由程~5cmatinlet出口處稍短atoutlet38真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024渦輪分子泵

高速葉片(轉(zhuǎn)子)

動(dòng)量傳遞

葉片速度~

分子速率有定子組阻擋分子返回(沒(méi)有顯示)39真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024分子抽速與入口氣壓之間的關(guān)系：40真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024對(duì)H2而言，壓縮比小，抽速低壓縮比分子泵的特點(diǎn)：41真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024渦輪分子泵的優(yōu)缺點(diǎn)方便,可靠,體積小可烘烤到125oC對(duì)小分子壓縮比低：forH2,103~105潤(rùn)滑油脫氣磁懸浮軸承不需要維護(hù)耐腐蝕42真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024離子泵工作原理：產(chǎn)生放電；電子碰撞氣體分子發(fā)生電離2.離子注入進(jìn)入鈦陰極3.鈦陰極發(fā)生磁控濺射，在陽(yáng)極上沉積鈦膜4.氣體分子在鈦表面被吸附，然后被掩埋43真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/202444真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024離子泵的飽和效應(yīng)記憶效應(yīng)和脫氣引起飽和效應(yīng)45真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024優(yōu)點(diǎn)：不需要前級(jí)泵關(guān)閉電源后，仍有抽氣作用，用于維持真空耐用缺點(diǎn)：飽和效應(yīng)明顯，只能用于小負(fù)載脫氣對(duì)氣體有選擇性，鈦的吸附能力決定離子泵和升華泵的優(yōu)缺點(diǎn)46真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024冷凝泵氣體分子在過(guò)冷表面凝結(jié)，實(shí)現(xiàn)抽氣<20K活性炭吸附H2,Ar,N2,O2,etc<80K金屬表面吸附H2O,etc對(duì)于可冷凝氣體有很大的抽速不需要前級(jí)泵耐腐蝕與氣體種類關(guān)系很大:NopumpingforHe,Ne

存在飽和效應(yīng)出氣量大47真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024冷凝剤的使用范圍48真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/202449真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空的測(cè)量技術(shù)選擇真空規(guī)需要考慮的幾個(gè)因素氣壓范圍輻射環(huán)境的影響磁場(chǎng)因素溫度震動(dòng)腐蝕性程度大氣壓下開(kāi)關(guān)時(shí)的損壞可能性50真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空規(guī)的分類和使用范圍51真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空規(guī)（gauge)的分類1.機(jī)械類:液體柱,隔膜,etc測(cè)量壓力實(shí)現(xiàn)真空度測(cè)量2.熱傳導(dǎo)類:熱電偶（ThermalCoupleTC）

熱電阻（thermoresister）(Pirani)

熱對(duì)流 convection3.電離規(guī):e-+M→M++2e-

熱陰極:熱燈絲電離,W（鎢）orTh（釷）onIr

冷陰極：放電電離粘度規(guī):精確,notavailablenow便宜,量程大106響應(yīng)非線性相對(duì)測(cè)量線性響應(yīng)絕對(duì)測(cè)量物種相關(guān)52真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024Bourdon規(guī)通常用于高氣壓測(cè)量一般連接在氣瓶的調(diào)壓器上主要作用是檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)處于真空狀態(tài)與否，不用于真空度測(cè)量工作原理：

一端封閉的具有特殊形狀界面的彎曲銅管連接到真空系統(tǒng)。周圍大氣壓使得銅管彎曲程度隨管內(nèi)氣壓高低而變化銅管帶動(dòng)齒輪連接的指針指示出氣壓的變化53真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024電容(隔膜)規(guī):通過(guò)測(cè)量電容變化實(shí)現(xiàn)隔膜彎曲的測(cè)量。dpressureAbsolutepressure（絕對(duì)壓強(qiáng)）referencetoavacuumcell全量程:0.02torr,1torr,1000torr,10000torrAccuracy~0.1%物種無(wú)關(guān)線性，精確但是零點(diǎn)需要校正54真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/202455真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024測(cè)量范圍：與熱電偶規(guī)類似，但穩(wěn)定性較好56真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/20242.熱陰極:

熱燈絲電離,W（鎢）orTh（釷）onIr 10-6~10-3torr線性響應(yīng)絕對(duì)測(cè)量物種相關(guān)靈敏度∝氣體分子電離界面air,N2,O2 1.0He 0.15Ne 0.3H2 0.4CH4 1.4ThonIr合金的功函數(shù)較低,可以低溫工作57真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024B-A規(guī)：電離規(guī)的一種，工作原理與電離規(guī)管相同，但設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，改進(jìn)了X射線對(duì)測(cè)量的影響58真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024冷陰極電離規(guī)結(jié)構(gòu)和原理類似與熱陰極電離規(guī)更加可靠精度較差氣壓很低時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)放電需要磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，輔助放電HotCold測(cè)量范圍：10-10-10-13Torr,更高真空度范圍的規(guī)管技術(shù)仍有待開(kāi)發(fā)影響測(cè)量限度的因素：材料蒸汽壓和表面電子發(fā)射等本征原因59真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空腔體的設(shè)計(jì)60真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024表面脫氣過(guò)程例子:10-3molH2O,18mg,液態(tài)下1.8x10-2cm3;氣態(tài)下2.4x10-2

?at1atm如果10-3molH2O存在于器壁，并且脫氣氣壓為10-7torr,那么使用一臺(tái)1000?/s的泵多長(zhǎng)時(shí)間才能抽到10-8torr?初始抽氣速率為： 10-7torr*1000?/s=10-4torr?/s總水量為： 1atm*2.4x10-2

?=760torr*2.4x10-2

?=1.8x101torr?假設(shè):脫氣速率∝剩余水量∝

P,

i.e.

∝抽氣速率Q=PS那么抽速速率方程及其解為：總抽氣量為：A0t

61真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024指數(shù)衰減的例子；兩條不同曲線下的面積相同，就是總抽氣量相同62真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/20242.3t=115hr減少10倍氣壓對(duì)于內(nèi)表面積大的腔體經(jīng)常出現(xiàn)這樣的情況抽空時(shí)間常數(shù)=t

但是，大腔體≠大表面積63真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024怎樣減小表面積？1.出去厚的氧化物表面層:

電拋光不銹鋼腔體和部件表面

清洗(NaOHsolution)Al合金部件

酸洗銅/黃銅部件氧化物一般是多空的污染的表面通常是厚的，應(yīng)避免強(qiáng)洗滌劑通常比溶劑更有效清洗64真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024烘烤效果的估量溫度每升高100oC,脫氣速率通常提高2個(gè)量級(jí),i.e.,10-5torr而不是10-7torr初始抽氣速率為：10-5torr*1000?/s=10-2torr?/stoP=10-10torr,P0/P=105

通常情況下,需要稍微長(zhǎng)一些的時(shí)間(?100hr)∵簡(jiǎn)單指數(shù)定律是一個(gè)近似材料深處的水分脫氣速率慢,因此t長(zhǎng)65真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024均勻烘烤是保證腔體部件不變形的重要措施不要烘烤有機(jī)物表面.

AluminumfoilonSUSchamber,heatingtapeonthealuminumfoil,anotherlayerofaluminumfoiltoreduceheatloss。首先在不銹鋼腔體覆蓋鋁箔，然后加熱帶繞在鋁箔上，另外一層鋁箔覆蓋在加熱帶外以防散熱。烘烤過(guò)程中電離規(guī)也要脫氣需要清洗電離規(guī)及其附近的部件66真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024塑料部件的影響塑料可以吸附水分H2Oto1~2%w/w假如100g塑料部件吸附~1.8gH2O=0.1mol如果最初脫氣氣壓為：10-7torr,那么時(shí)間常數(shù)t=5000hr如果最初脫氣氣壓為：

10-6torr,那么時(shí)間常數(shù)

t=500hrmoretroublesomeisthatmostplasticscannotbebaked更大的問(wèn)題是：塑料部件無(wú)法烘烤可用的塑料材料包括：腔內(nèi)材料:Teflon,PE,PP,Kel-F,Viton（人造橡膠）, Teflon導(dǎo)線絕緣層耐高溫材料

:polyimide（聚胺類）

(Vespel,Kapton),Kalrez(O-ring)低吸附率可烘烤200oC惰性強(qiáng)于Teflon67真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024材料脫氣(volumeoutgas)SUS:H2&CO.SUS316L可以在真空中烘烤到1000oC以出去深層污染物

Alalloy:很少含有H2&CO.可烘烤到to120oCZn&Cd合金蒸汽壓校稿Hightemperatureincreaseoutgas@bakeoutCoolingcanreduceoutgas@use永遠(yuǎn)持續(xù)!長(zhǎng)于任何人的壽命!68真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件的選擇選擇原則與真空度要求適合與系統(tǒng)溫度要求適合與系統(tǒng)工作過(guò)程的化學(xué)要求匹配造價(jià)低盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)件69真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類平口法蘭：螺母；墊片；螺栓；密封圈70真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類連接法蘭：71真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類快接法蘭72真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類快接法蘭連接方法73真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類連接管件，波紋管

管件類型

74真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類

金屬與玻璃的連接件

觀察窗

75真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類

電真空連接部件

76真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類真空閥門

77真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類真空閥門：截止閥

78真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空部件分類截留阱和冷阱

抽氣管路截留阱：

(a)截留機(jī)械泵油用：微孔篩；分子篩，吸收器

(b)截留系統(tǒng)內(nèi)雜物和灰塵：過(guò)濾器

(c)截留水蒸汽：液氮冷阱，水冷阱2.液氮冷阱3.油氣消除器4.擋油板5.過(guò)濾器79真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)組件外部組件伺服組件顯示組件工藝組件低成本真空度通用性可靠性功能性80真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空材料的選擇81真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空泵的選擇82真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空室的設(shè)計(jì)形狀：球形；柱形；立方體；長(zhǎng)方體等大小：設(shè)計(jì)窗口直徑；長(zhǎng)度；寬度等材料高度：基盤到最高點(diǎn)壁厚：越對(duì)稱，厚度越小選擇關(guān)注區(qū)域選擇方位角窗口長(zhǎng)度窗口類型83真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024計(jì)算流導(dǎo)和抽氣速率串聯(lián)流導(dǎo)并聯(lián)流導(dǎo)系統(tǒng)流導(dǎo)總流導(dǎo)管道流導(dǎo)泵抽速流導(dǎo)極限管道流導(dǎo)比泵抽速重要在氣體到達(dá)泵口前，不能抽氣84真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空泵抽速的計(jì)算抽空流量和氣體負(fù)載決定真空泵組的抽速選擇真空室的氣體負(fù)載取決于：漏氣；脫氣；污染85真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空密封86真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024真空密封87真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024金屬密封:銅墊圈&和平板法蘭為首選真空室的密封:100%密封脫氣低可烘烤O-ring密封:人造橡膠O-ring可烘烤到100oC15~18%的壓縮量密封面拋光很重要可能存在小的漏氣(Hardtofindsmallleaks)方便可重復(fù)使用刀口法蘭使用人造橡膠密封圈要慎重很容易漏氣兩個(gè)密封面可以熔接起來(lái)使用不銹鋼鍍銀螺絲并不便宜88真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024動(dòng)態(tài)密封avirtualleak如果不用差分抽空技術(shù)760torr*L=10-7torr*1000?/sL=1.3x10-7

?/s760torr10-7torr1000?/s760torr760torrP20.1?/sP3使用差分抽空技術(shù)760torr*L=P2*0.1?/sP2=1x10-3

torrP2*L=P3*1000?/sP3=1.3x10-13torrO-ring:152%壓縮+真空脂拋光面產(chǎn)生小的漏氣粗心可能使得漏率高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)O-ring含有氣體或者水分?虛擬漏氣rotatableortranslational89真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024虛假漏氣:真空室內(nèi)存貯的氣體形成,

1ccat1atm=760x107ccat10-7torr=7.6x106

?at10-7torr10-1pressuredroptakes2.3t估算抽空時(shí)間常數(shù)，如果是1.32x10-7

?/s，泵的抽速是1000?/s,即：

760torrx1.32x10-7

?/s=10-7torrx1000?/sO-ring可能存儲(chǔ)小氣泡，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)釋放出來(lái).leak:1.32x10-7

?/s1ccat1atmpumpedat1000?/s,1x10-7torr90真空技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用5/9/2024實(shí)際真空系統(tǒng)不可能是絕對(duì)不漏的：實(shí)漏和虛漏檢漏技術(shù)P=Q0/S+P0其中是P系統(tǒng)極限真空度，P0泵極限真空度，是漏Q0率，S是泵抽速真空系統(tǒng)檢漏就是：用一定技術(shù)手段尋找到實(shí)漏和虛漏所在的過(guò)程。分