真空技术的历史、现在与将来

高大 度气 有压 关与 托里拆利实验
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1654年德国人葛利克发明了活塞真空泵。
他为了证明大气压的巨大力量，曾做过一 次公开实验（见下图）。
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从 1643 年托里拆利获得真空，到 1879 年爱
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迪生发明碳丝电灯泡的 200多年间，真空技 术经历了一个漫长的发展过程。这个过程 孕育着电子学的诞生和发展。 即所谓“电真空器件”就是内部空间为真 空的电子器件。真空技术为电子技术的发 展开辟了道路。在 20 世纪初，电子技术的 发展，又推动了真空技术的飞速发展。
二. 经典真空技术及其应用的历史回顾
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1.何谓真空 2.真空技术的发展历史
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1.何谓真空
根据IUVSTA的划分，现代真空技术的分支
前
言
学科包括：经典的真空技术（真空获得、 检测、系统及其常规应用），真空冶金及 表面工程，等离子体科学与技术，薄膜， 电子材料及加工工艺，表面科学，应用表 面科学，纳米科学与技术（见图 1.1 ）。 目前我国真空学会也是按此分支设置专业 委员会的。 因此，真空技术不仅为现代许多科技所需 要，而且在更深层次的物理学研究中也是 一个非常重要的物理范畴。
“真空技术”作为独立的学科体系，始于
前
19世纪末20世纪初。20世纪中期，随着电 子器件、原子能、航天技术对真空条件的 需求，推动了真空技术的长足进步。
言
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【玻义耳-马略特定律】 它反映气体的体积随压强 改变而改变的规律。对于 一定质量的气体，在其温 度保持不变时，它的压强 和体积成反比；或者说， 其压强P与它的体积V的 乘积为一常量。 【伯努利与气体分子运动论】 伯努利明确地叙述了气体分子 运动论，认为气体作用在容器 壁上的压力，可以用大量的分 子快速地来回运动来解释。
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还有更为典型的例子是中医的拔火罐（如右
图）。两千年前，它已在我国民间用作治病 的工具。它很好地利用了空气热胀冷缩、蒸 汽冷凝等物理现象来形成罐内真空。
人为真空
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2.真空技术的发展历史
最早的真空获得和应用，可追溯到公元前六
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世纪，我国炼铁技术就相当进步，为了熔化 铁，在炼铁炉上配有鼓风设备。最初使用的 叫“鞲”的皮囊鼓风、“风箱”鼓风。
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所谓的真空，一种是物理学上的“真空”，
没有或者不计气体分子和原子存在的物理 空间，仅存在各种能量粒子的场空间；另 一种是应用物理与技术所讨论的状 态。“真空”一词来自拉丁语“ Vacuum”， 原意是“空虚”。 真空的定义
真空技术的历史回顾与近代发展
一.前言
二.经典真空技术及其应用的历史回顾 三.真空实用技术及其应用 四.真空技术的近代发展
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一.前言
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历史上有确切记载获得“真空”的却是欧洲
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人。 1643年，意大利人托利拆里做了大气压 实验。他用一根一端封闭的细长玻璃管和一 个盛水银的小槽，先将水银从玻璃管开口端 灌入，直到灌满全管。然后压住开口，将玻 璃管倒立在水银槽内，再打开压住的开口。 此时玻璃管中的水银高度逐渐下降，直到距 离小槽液面以上 760 毫米时，就不再下降了。
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1662年英国人玻义耳发现玻义耳定律，到
1879年瑞士人伯努利提出气体分子运动论， 他们奠定真空技术最初的物理基础。 的经 历典 史真 回空 顾技 小 术 及 知 其 识 应 用
前
我国在20世纪60年代初，把真空技术作为
极端技术（高压、真空、高温、低温）之 一，受到国家的高度重视。
言
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前
我校的“真空技术及设备”专业正是在这
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人通过胸腔和腹腔之间的膈膜的收缩和放
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松迫使肺呼吸，吸气时胸腔压力接近大气 压力，呼气时可降到大气压力以下，即人 为真空状态。
传统的真空技术主要包括：真空的获得、检
测以及真空系统的配置等。它成为配合许多 学科创新的条件和手段。
前
现代科学技术的相互交叉渗透，极大地丰富
言
了真空技术的内涵。尤其是超高真空、超清 洁表面的出现，揭示了自然界中许多新的现 象和规律，纳米科技就是一例。
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在海洋平面上，气体产生的压力值为
101325Pa，约105Pa，此值称为标准大气压。 而珠峰顶处的大气压力只有 32000Pa 。为海 平面处压力的三分之一左右。
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他认为在玻璃管上
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端的空隙容积内就 是“真空”。随后， 他的学生帕斯卡等 人将实验搬到山上 去做，结果水银柱 低于 760 毫米，证明 大气压与高度有关。
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地球上存在着自然状态的真空。包围地球
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的大气层、受地心引力（空气分子重力） 的作用，离地面越高、空气越稀薄。
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风箱的作用过程包括：负压吸气和增压排
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气。与现在的往复活塞真空泵的作用原理基 本相同。这种风箱在公元1367年时就已成为 炼铁的重要工具了。这是最早真空获得和应 用的实例。
p p 0 exp (
mg Z) kT
大气压力随着离地高度的递增而降低，基本
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按指数规律下降。高度（ Z ）每升高 15 公里， 压力（ p ）下降一个数量级。地球大气层以 外的宇宙真空，称为“空间真空”，它是典 型的“自然真空”。
自然真空
大气压力与高度的关系式
面是大气压一面是真空所造成的压力差或吸引力是可以利用的巨大能源如真空输送真空过滤真空成型真空吸引真空浸渍等广泛用于纺织粮食加工铸造电力等许多部门图33
东北大学第三期《真空技术》培训班讲义之一
2006.6.2～2006.6.7
真空技术的 历史、现在 与将来
主讲人：东北大学 杨乃恒 教授
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为了增强炼铁能力，提高炼铁质量，我国在战国时发 明了最早的鼓风炼铁技术。这种鼓风炼铁采用人力压动的皮 风囊鼓风。到了西汉又出现了马排、牛排（即用马、牛带动 的皮风囊鼓风）。特别是到了东汉初年，发明了水力鼓风囊 --水排。这些鼓风炼铁技术，是世界冶炼史上的奇迹。鼓风 炼铁技术直到１２００年后的１３世纪末才传入欧洲。１４ 世纪欧洲才炼出了第一炉生铁。到了明代，我国又发明了活 塞式木风箱，加大了风压和风量，强化、优化了冶炼，并增 加了产量。欧洲直到１８世纪后期，才使用了活塞式鼓风箱， 这又比我国晚了一个多世纪。---《中国古代冶金史话》
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进一步，人们运用科技手段，发明了各种真
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空泵去抽掉密闭容器中的气体，获得“人为 真空”，逐渐形成了“真空技术”这个学科。 但是，即使在使用现代排气方法获得的最低 压力，也只能达到10-12～10-13Pa，还远未达 到绝对真空。
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他用两个直径119厘米的半球合起来，用
真空泵将球内空气抽除，因而求得的表面 上所受大气压是很大的横向分力，每个半 球用8匹马，才能向相反方向拉开。因为 该实验在德国马德堡做的，故被称为马德 堡半球实验而闻名于世。
言
种情况下，于1958年诞生的，1962年有了 第一届毕业生。1979年成立中国真空学会。 1983年中国真空学会作为中国唯一的会员 单位加入了国际真空科学技术与应用协会 （IUVSTA）。
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通常衡量气体稀密程度的物理量是压力，因
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为气体分子处于无规则的热运动之中，与物 体碰撞时会产生压力。气体分子密度越大， 气体压力也越大。
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图1.1 现代真空技术
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