Chapter1真空基本知识
真空技术基础
极限真空Pu（Pa）：真空系统所能达到的最高真空，决定镀 膜的质量； 抽气速率S（L/S）：规定压强下单位时间所抽出的气体的体 积，决定抽真空需要的时间。 真空系统所能达到的真空度由方程决定：
Q V dPi P Pu S S dt
式中，Pi为被抽空间气体的分压强，Q为真空室的各种放 气源的气体流量，V为真空室的体积，t为时间。
39
吸气 吸气
吸气截止
压缩
排气
40
41
42
对机械泵油的基本要求：������ 1.饱和蒸汽压低。不容易挥发。������ 2.有一定的润滑性和粘度。润滑和油封性能好。 3.稳定性高。耐高温，不易氧化变质。 4. 定期检查油面，补充泵油。
43
空气中水蒸汽的处理
气镇阀
44
1.3.2 油扩散泵
麦克斯韦速度分布曲线
16
用麦克斯韦速度分布函数求平均值 平均速度
va
0
v vf (v)dv
0
m 4 2kT
8kT m
3/ 2
2 mv 3 v exp 2kT dv
va v
17
方均根速度
vr
v
2
式中1/π是由于归一化条件，即位于2π立体角中的几率为1而出现 的。
27
余弦散射律的意义：
固体表面会将分子原有的方向性彻底消除，均满足余弦 定律；散射的本质是一个再发射过程，分子在固体表面要停 留一定时间，使之与固体进行能量交换。
28
作业：
试举出工业上利用真空技术的5个例子。 试从荧光灯的发光原理出发，解释荧光 灯管为什么要抽真空？ 估算标准状态下空气分子的平均自由程。 （空气分子的平均直径等相关参数请 查阅有关文献。）
真空知识培训教材
真空理论知识培训拟制：许坤良目录：一.基础知识：二.往复式真空泵：三.旋片式油封机械真空泵：四.罗茨式真空泵：五.分子真空泵：六.油扩散泵：七.低温泵：八.真空泵流量的测量方法：九.冲洗抽气法：一.基础知识：1.真空及其度量：真空----一般是指在给定的空间内，压力低于101325Pa的气体状态。
在真空状态下，气体的稀薄程度，通常用气体的压力值来表示。
真空的主要特性-----真空状态同正常的大气状态相比较，气体较为稀薄，即单位体积内的分子数目较少，分子之间或分子与其他质点（如电子、离子）之间的碰撞几率减少，分子在单位时间内碰撞于单位表面积（如器壁）上的次数也相对减少。
分为：“自然真空”和“人为真空”人为真空---是指人们对一个容器进行抽气而获得的真空空间。
气体的稀薄程度叫真空度。
真空度可用气体压强、分子密度、平均自由程和形成一个单分子层的时间来描述，在真空科学与技术中，通常都用气体的压强来表示。
气体压强越低，真空度越高。
2.换算关系：1atm=1.01325*105Pa （1Pa=1N/m2）（760mmHg）1atm=760mmHg=760Torr（标准大气压）1Torr=133.322Pa（1Pa=7.5*10-3Torr=0.0075Torr=7.5mTorr）1bar=105Pa=750Torr 1Pa=7.5mTorr 1mbar=750mTorr3.各真空区域的物理特性及应用：低真空：1*105Pa-----1*102Pa=0.75Torr=750mTorr中真空：1*102-----1*10-1Pa=0.75mTorr高真空：1*10-1----1*10-6Pa=7.5mTorr超高真空：1*10-6---1*10-12Pa极高真空：小于10-12Torr3.1低真空（1*105Pa-----1*102Pa）在低真空状态下，气态空间的特性和常压时相比，没有明显的不同。
气体分子仍以杂乱无章的热运动为主，气体分子间的相互碰撞十分频繁。
一章真空技术基础pptppt课件-PPT课件
1. 真空的基本知识
2. 真空的获得 3.3.真空测量 4.4.真空系统
一、真空的基本知识
1. 什么是真空？ “真空” 拉丁文Vacuo，其意义是虚无 =>气体较 稀薄的空间。
2.真空的基本特点 a 气体分子的平均自由程大
室温下, 压强为 10-4 Pa 时氮分子的平均自由程 >50km。因此体积有限的超真空系统中，气体分子之 间或气体分子与带电粒子之间的碰撞都可以近似忽略。
3. 真空的应用
（1）产生压力差以完成某些过程
（2）降低某些过程发生所需要的能量势垒，如
凝聚或蒸发过程 （3）隔热 （4）产生干净表面，表面过程，可控薄膜沉积、 wafer bonding
（5）净化腔体(气体、灰尘)
（6）真空干燥
（7）提高分子运动平均自由程
4. 真空度的单位
真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表 示。1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“ 托 ”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压 力的单位为帕(Pa)。我国采用SI真空单位。
想要得到高纯度的薄膜，就必须尽量在较高真空度的环境 下，或是在不会与薄膜材料产生反应的氩气等的惰性气体中 进行。
e 改变反应进程
1 2 Si3N4 C SiC N2 3 3 G T 1 124117 83 G2 124117 83T RT ln p2/3
压强修正
压强降低，降低了反应温度
真空区域划分
真空区域划分为：粗 2 1 10 ~ 1 10 Pa
低真空
高真空 超高真空 极高真空
2 1 1 10 ~ 1 10 Pa
1 10 ~ 1 10 Pa
真空技术的基本知识
例：2X一70 表示双级旋片式真空泵,抽气速率为70L／S。
利用真空与大气之间的压力差所产生的力可实现真空在下述 方面的力学应用。
具体应用： 1. 真空吸引和输运固体、液体、胶体和微粒； 2. 真空吸盘起重、真空医疗器械； 3. 真空成型，复制浮雕； 4. 真空过滤； 5. 真空浸渍。
中真空 1.33×102 ~1.33×10-1（Pa）
气体分子间，分子与器壁间的相互碰撞不相上下，气体分子 密度较小 。
1. 真空的含义及表征
1.1大气与真空 1.2真空度的表征及单位 1.3真空区域的划分
2. 真空的获得
2.1 真空获得设备 旋片泵 定片式真空泵 往复泵 罗茨泵 水环真空泵 分子泵 滑阀式真空泵 油扩散泵
2.2 真空泵的选型
第一章 真空技术的基本知识
3. 真空测量及其设备
3.1 什么是真空测量
高的压强；
1.3 真空区域的划分
划分依据：真空在技术上的应用特点、真空的物理特性、 真空获得设备和真空检测仪表的有效适用范围 （GB3163）
低真空 1.33×105 ~1.33×102（Pa）
低真空这种气体状态与常压状态相比较，只有分子数目由多 变少的变化，而无气体分子空间特性的变化,分子相互间碰撞频 繁。
2. 真空的获得
分子密度减小 分子数减少
抽走 化学反应
吸附 结晶 容积扩大
2.1 真 空 获 得 设 备
真空技术基础知识1
真空技术基础知识真空技术发展到今天已广泛的渗透到各项科学技术和生产领域,它日益成为许多尖端科学、经济建设和人民生活等方面不可缺少的技术基础.作为现代科学技术主要标志的电子技术、核技术、航天技术的发展都离不开真空,反过来它们飞跃前进正在推动真空技术的迅速发展,成为真空科学技术发展史上的三个飞跃阶段,从而使真空技术由原来主要应用领域电真空工业,扩展到低温超导技术、薄膜技术、表面科学、微电子学、航海工程和空间科学等近代尖端科学技术中来.至于在一般工业中应用实在种类繁多,不胜枚举.它涉及冶金、化工、.医药、制盐、制糖、食品等工业都广泛使用真空技术.例如有机物的真空蒸馏,某些溶液的浓缩、析晶、真空脱水、真空干燥等.人们还利用真空中的各种特点,研制生产出真空吊车、电子管、显像管、中子管.就连人们日常生活中使用的灯管、暖水瓶、真空除尘器等都离不开真空技术.1.真空与真空区域的划分“真空”是指在给定的空间内,气体分子密度低于该地区大气压下的气体分子密度的稀薄气体状态。
不同的真空状态有不同的气体分子密度。
在标准状态下，每立方厘米的分子数为2.6870×1019个，而在真空度为10-4帕时，每立方厘米的分子数为3.24×1010个，即使用最现代的抽气方法获得的最高真空度10-13帕时，每立方厘米中仍有3.24×10个分子。
所以真空是一相对概念，绝对真空是不存在的。
气体分子密度小、分子之间相互碰撞不那么频繁，单位时间内碰撞容器壁的分子数减少，从而使真空状态下热传导与对流小，绝热性能强，可降低物质的沸点和汽化点等。
真空的这些特点被广泛应用到生活、生产和科研的各个领域中。
真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度。
它本应用单位体积中的分子数来量度，但由于历史的原因，真空度的高低仍通常用各向同性的物理量“气体压强”来表示。
气体压强越低，表示真空度越高；反之，压强越高，真空度就越低。
在真空技术领域中，过去常用的压强单位为托（torr），它与目前国际单位制中压强单位帕斯卡的换算关系为：1帕=1牛顿/米2=1千克/米.秒2=7.50062×10-3（托）1托=1/760（标准大气压）=101325.0/760（帕）=133.3224（帕）为使用方便，人们根据真空技术的应用特点、真空物理特性和真空机械泵、真空计的有效使用范围，将真空划分为不同区域及对应的物理特点和主要应用领域，如表1所示。
真空基本知识
•真空泵是吸入口形成负压，排气口直通大气，两端压力比很大抽出气体的机械
右图是运用真空泵的典型真 空回路
18
2 真空获得
☞ 机械泵
Rotary Vane Pumps
19
2、真空获得
工作原理：
依靠插在偏心转子中的数个可以
滑进滑出的旋片将泵体内的气体隔离、 压缩，然后将其排出泵体之外。
极限真空度： 10-2 －10-1 Pa左右。 优点：结构简单、工作可靠。 缺点：油蒸气回流、引起污染
托/Torr 7.5×10-3 1 0.75 760
毫巴/mbar 1× 10-2 1.333 1 1.013 ×103
标准大气压 9.87× 10-6 1.316 ×10-3 9.87× 10-4 1
3
1.1 真空知识
☞ 真空的划分
粗真空: 1x105 ～ 1x102 Pa （粘滞流） 真空干燥、真空浸渍 低真空: 1x102 ～ 1x10-1 Pa （分子流） 热处理、低压化学气相沉积 高真空: 1x10-1 ～ 1x10-6 Pa
20
2、真空获得
☞ 罗茨泵（Roots Pumps）
工作原理：
两个8字形的转子以相反的方向 旋转，两个转子始终保持相切合，咬 合精度很高，切合处气体始终不能通 过，只能从上、下两边被扫出真空系 统。用作次级泵。
极限真空度： 10-4 Pa左右(双级)。 优点：结构简单、无油气回流，
抽速很大。
缺点：
2）平均速率
v
3）方均根速率
v 2 v vp
速率与声速（340m/s）相比拟
7
1.2 稀薄气体性质
☞ 平均自由程
气体分子在连续两次碰撞之间的平均路程称分子的平均自由程。
真空技术基础知识
真空技术基础知识前言1. 真空“真空”来源于拉丁语“Vacuum ”，原意为“虚无”，但绝对真空不可达到，也不存在。
只能无限的逼近。
即使达到10-14—10-16托的极高真空，单位体积内还有330—33个分子。
在真空技术中，“真空”泛指低于该地区大气压的状态，也就是同正常的大气比，是较为稀薄的气体状态。
真空是相对概念，在“真空”下，由于气体稀薄，即单位体积内的分子数目较少，故分子之间或分子与其它质点（如电子、离子）之间的碰撞就不那么频繁，分子在一定时间内碰撞表面（例如器壁）的次数亦相对减少。
这就是“真空”最主要的特点。
利用这种特点可以研究常压不能研究的物质性质。
如热电子发射、基本粒子作用等。
2. 真空的测量单位一、用压强做测量单位真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度，作为这种量度，最直接的物理量应该是单位体积中的分子数。
但是由于分子数很难直接测量，因而历来真空度的高低通常都用气体的压强来表示。
气体的压强越低，就表示真空度越高，反之亦然。
根据气体对表面的碰撞而定义的气体的压强是表面单位面积上碰撞气体分子动量的垂直分量的时间变化率。
因此，气体作用在真空容器表面上的压强定义为单位面积上的作用力。
压强的单位有相关单位制和非相关单位制。
相关单位制的各种压强单位均根据压强的定义确定。
非相关单位制的压强单位是用液注的高度来量度。
下面介绍几种常用的压强单位。
【标准大气压】（atm ）1标准大气压=101325帕【托】（Torr ）1托=1/760标准大气压【微巴】（μba ）1μba=1达因/厘米2【帕斯卡】（Pa ）国际单位制1帕斯卡=1牛顿/m2【工程大气压】（at ）1工程大气压=1公斤力/厘米2二、用真空度百分数来测量%100760760%⨯-=P δ 式中P 的单位为托，δ为真空度百分数。
此式适用于压强高于一托时。
3. 真空区域划分有了度量真空的单位，就可以对真空度的高低程度作出定量表述。
此外，为实用上便利起见，人们还根据气体空间的物理特性、常用真空泵和真空规的有效使用范围以及真空技术应用特点这三方面的差异，定性地粗划为几个区段。
第1章 真空技术基础ppt课件
式中：n — 分子密度 (个/m3)； k — 玻尔兹曼常数，1.38×10-23 J/K；
P — 气体压强 (Pa)；
T — 气体温度 (K)；
V — 气体体积 (m3)；
m — 气体质量 (kg)；
M — 气体分子量 (kg/mol)； R — 普适气体常数，R = NA·k = 8.314 J/mol·K； NA — Avogadro常数，6.02×1023 个/mol；
1.333×10-3
(1.013×105/760) (1.013/760)
atm
1.316×10-3
(1/760)
PSI 1.9337×10-2
7.501×10-3
(760/1.013×105)
7.501×102
105
10-5
9.869×10-6 1.4504×10-4
(1/1.013×105)
9.869×10-1 1.4504×101
P nkT n P Avogadro定律：
kT
一定温度、压力下，各种气体单位体积内含有的分子数相同。
4）气体分子的自由程（）：每个气体分子在与其它气体分子连续2次碰撞之间运动经历的路程。
平均自由程（ ）：气体分子自由程的统计平均值。
1 kT 2π 2n 2π 2P
表明：
1） 与P成反比，而与 T 成正比；
国际单位制（MKS制，即SI制） 1 Pa＝1 N / m2
主要单位制
厘米克秒制（CGS 制） 1 bar＝106
英制（FPS制） 1
PSI ＝1
lbf
/ in
2
dyne/cm 2
毫末汞柱制（mmHg 制）1 torr＝1 mmHg ＝1/ 760 atm
真空技术基础知识
202mbar
100%
-811 mbar -1,013mbar
0 mbar
四真空度 测量单位 官方单 帕斯卡 位： （Pa）
bar、 其他单 mbar、% 位： 等 单位换 算：
1001PMaP=a1＝h 1x106Pa Pa
1hPa=1mb ar 1mbar=0. 001bar
1Pa =1N/m2
一 真空 的概念 物理学上 将真空定 义为:一 个空间不 含有任何 物质的状 态(或称 之为绝对 真空);然 而事实上 这种状态 无法实 现.因此 通常当某 一空间内 的空气压 力低于其 外部大气 压力或是 空间内空 气分子颗 粒密度下 降时,我 们称之为 真空状 态.
真空技术基础知识
压力表
压力表
恒温下,所含分子微 粒少,压力小,真空度 越高
真空抽取力 N (大）
2、当一个物体接触 吸盘时，流量减少， 浮子弹簧力向上。 这样密封被打开， 真空就在吸盘处产 生。
P 《 F,浮子下 降，安全阀被打 开。
1、当吸盘与大气相 通时，浮子被吸会 壳体。 在这个位置上气体 只能通过浮子末端 小孔流动。
2 吸盘时，流 浮子弹簧力 这样密封被 真空就在吸 生。
真空发生器包括一个气流喷嘴（文丘里 和一个排气口（消声器）、吸盘连接口。 通过狭小的喷嘴（文丘里喷嘴）时气流
5倍。在排气口与文丘里喷嘴 之间有一段很短的间隙，来自入口的压 在通过该间隙时体积膨胀，并产生吸气 于是在这个装置的输出口（即真空口）
真空值采 特点： 用正值
105 GV(低真空)
102 FV(中等真空)
10-1 HV(高真空)
10-5 UHV(超高真空)
10-14
应用于抓取技术的真 空范围;
真空知识.
§第1部分真空的初步知识1.1基本概念1．真空是指在给定空间内低于一个大气压力的气体状态，也就是该空间的气体分子密度低于该地区大气压的气体分子密度。
2．测量单位：帕斯卡（Pa）1Pa就是1m2面积上作用1N的压力。
1大气压=1.03×105Pa3．真空度：表示真空状态下气体的稀薄程度。
通常用压力表示单位（Pa）4．压升率：单位时间内，真空度降低的速率。
单位：Pa/h5．常用泵阀的符号表示①旋片泵：单级多级②罗茨泵：③扩散泵：④挡板阀⑤阀门（不指明类型）6．真空泵的抽气速率（简称抽速）（单位：L/S）当泵装有标准试验罩并按规定条件工作时，从试验罩流过的气体流量与在试验罩上指定位置测得的平衡压力之比。
7．极限真空度：（单位：Pa）在规定条件工作，在不引入气体正常工作的情况下，趋向平稳的最低压强。
8．真空泵的型号及规格表示法旋片泵表示名称：X，双级旋片泵表示名称：2X，罗茨泵表示名称：ZJ，P表示它的排气口位置是旁开。
（厂家的一种表示，不带有普遍性。
）以下两种泵后面有的数字是它的抽速。
2X-70，ZJ-600扩散泵的表示名称：K，T表示凸腔泵，其后面的数字表示为它的进气口的几何尺寸。
KT-600，KT-4001.2 设备的介绍1.2.1 30kg、100kg、120kg三种设备的介绍以100kg为例重点介绍：整套设备由控制系统（电控系统）、炉壳、加热系统、真空系统、水冷系统、充放气系统、气动系统、风冷换热系统、进出料系统等九个系统组成，以下分别介绍：1．控制系统：由电控柜、各种测量仪表、热电偶、加热电源组成。
2．炉壳是由炉体、炉门、炉腿、锁紧装置等几部分组成。
炉体：是由筒体及各个法兰接管组成，炉体是双层水冷夹套结构，中间是冷却循环水。
炉体上带有电极接口、真空系统接口、热偶座接口、风冷换热接口、热偶接口、充放气接口、水冷接口等组成。
炉门上带有观察窗，可以观察工作情况。
3．加热系统（加热室）：是由加热器（炉丝）、绝缘件、炉床、保温屏、紧固件及保温毡和加热室外框组成。
《真空基础知识》课件
高真空
超高真空
超高真空是指在极低压力下的真空状 态，通常在10^-6Pa至10^-9Pa之间 。
高真空是指在较高压力下的真空状态 ，通常在10^-3Pa至10^-5Pa之间。
02
真空的物理性质
真空中的气体分子分布
真空环境
在真空环境中，气体分子数极低，物质处于高度纯净状态， 有利于科学研究和技术应用。
真空的度量单位
帕斯卡（Pa）
帕斯卡是国际单位制中压力的单位，也是真空度的一种度量单位。
托（Torr）
托是国际单位制中压力的单位，常用于表示真空度。
毫米汞柱（mmHg）
毫米汞柱是常用的真空度单位，常用于表示低压力下的真空度。
中需要使用高真空或超高真空环境。
02
在物理实验中，高真空可以消除空气阻力对实 验的影响，例如在研究自由落体运动、弹性碰
撞等实验中需要使用高真空。
04
在材料科学中，高真空可以用于材料制备、表面处 理等，例如在薄膜制备、晶体生长等领域中需要使
用高真空或超高真空环境。
真空在工业生产中的应用
真空在工业生产中的应用也非常 广泛，例如在机械制造、航空航 天、电子制造等领域中需要使用 真空技术。
机械真空泵
利用机械运动将气体吸入并排出，以达到抽气 的目的。
扩散泵
通过加热使气体分子热运动加速，从而实现气 体扩散。
溅射泵
利用高能粒子将气体分子打散，使气体分子从 表面逸出。
真空的测量 技术
皮拉尼真空计
利用电阻丝加热后冷却的原理，测量 真空度。
冷阴极电离真空计
利用不同气体在加热状态下热导率不 同的原理，测量真空度。
2 第一章 真空技术基础1
1.2 稀薄气体的基本性质
☞ 稀薄气体的参数
Degree of Vacuum Atmospheric Low Medium High UltraHigh Pressure (Torr) 760 1 10-3 10-6 10-10 Gas Density, ρ (molecules m-3 ) 2 x 1025 3 x 1022 3 x 1019 3 x 1016 3 x 1012 Mean Free Path (m) 7 x 10-8 5 x 10-5 5 x 10-2 50 5 x 105 Time / ML, tML (s) 10-9 10-6 10-3 1 104
P nkT
赫兹－克努曾公式
va 8kT 8RT m M
P 2m kT
P
稀薄气体的基本性质
气体分子密度
P n 7.2 10 (m -3 ) T
22
标准状态： P = 105Pa，n = 2.461019分子/cm3
P = 1.3 10-8Pa，n = 3.24105分子/cm3
气体吸附：
气体吸附就是固体表面俘获气体分子的现象。 分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附靠分子间的相互吸引引起的，任何气体在固体 表面均会发生，吸附后容易脱附。 化学吸附在较高温度下发生，只有当气体与固体表面原 子接触生成化合物时才能产生吸附作用，气体不易脱附。
气体脱附
是气体吸附的逆过程。
影响因素：气体的压强、固体的温度、固体表面吸附气体的
第一章 真空技术基础
真空的基本知识 稀薄气体的基本性质
真空的获得
真空的测量
1.1 真空的 基本知识
1643年，意大利物理学家托里折利演示了著 名的大气压实验，揭示了“真空”这一物理状态。 为了使被研究的样品不被周围气氛所污染， 获取“原子清洁”的表面，薄膜制备和衬底表面形
Chapter 1(真空基本知识)
真空系统的指标（续）
理论上，任何一个真空系统所能 达到的真空度可由下列方程确定：
Q V dPi P = Pu + − ⋅ S S dt
Pu:真空泵的极限压强(Pa)； S:泵的抽气速率(L／s)； Pi:被抽空间气体的分压强； V:真空室的体积； Q:真空室内的各种气源(Pa•L／s)； t:时间(s)。
区别：“真空度”和“压强”
“真空度”和“压强”是两个概念，不 能混淆：压强越低，意味着单位体积中 气体分子数愈少，真空度愈高；反之真 空度越低则压强就越高。 由于真空度与压强有关，所以真空 的度量单位是用压强来表示。
在真空技术中，压强所采用的法定 计量单位是帕斯卡(Pascal)，简称帕 (Pa)，是目前国际上推荐使用的国际单 位制(1971年国际计量会议正式确定)。 托（Torr）是在最初获得真空时 (1958年托里拆利)就被采用的、真空技术中 的独特单位。
dp = dω
π
⋅ cos θ
余弦散射定律的重要意义
分子从表面反射与飞来方向无关这一点非常 重要。它意味着可将飞来的分子看成一个分子束 从一个方向飞来，亦可看成按任意方向飞来，其 结果都是相同的。余弦定律(又称“克努曾定律”) 的重要意义在于： (1)它揭示了固体表面对气体分子作用的另一个方面， 即将分子原有的方向性彻底“消除”，均按余弦 定律散射； (2)分子在固体表面要停留一定的时间，这是气体分 子能够与固体进行能量交换和动量交换的先决条 件，这一点有重要的实际意义。
真空泵---获得真空的关键
种 机 械 泵
蒸 汽 喷 射 泵
类
排气原理
利用机械力 压缩和排除 气体 (气体传 输) 靠蒸气喷射 的动量把气 体带走
工作压强范围（约）
01_真空基础
“真空”的含义:
• • • 一般意义: 真空是不含任何物质的空间。 物理意义: 真空是流体在一定压力一定空间内的状态，其中压力低于常压。 量子物理意义: 真空状态就是能量最低状态。
2014-12-9
Innovative Vacuum Automation
3
真空技术基础知识
- 真空技术的历史 -
•
减小输入数量:
– – – – 投资成本低 操作成本低 使用真空开关，零部件监控简单化 易损 部件更换快速方便
2014-12-9
Innovative Vacuum Automation
18
真空技术基础知识
-工业搬运中的真空 工业搬运中的典型应用
搬运技术应用在何处？
金属板材 / 自动化
CD / DVD
• •
•
因此，所能达到的最大真空度随着 海平面的升高而降低
2014-12-9
Innovative Vacuum Automation
11
真空技术基础知识
-真空的性质 -
力与压力的关系
力与压力是如何联系起来的呢? • 当一定的压力差作用于一定面积上时，此时作用力就产生了 • 它与作用在这一定面积上的压力差值为正或者为负没有关系。. • 作用力来自于与压力差与有效面积。
2014-12-9
Innovative Vacuum Automation
9
真空技术基础知识
-真空的性质 -
测量单位
真空值的相对和绝对定义
相对:
绝对:
- 压力为以大气压力为参考的相对值 - 大气压力被用作为0bar的参考点 - 真空值为负 真空搬运技术
- 压力为绝对值 - 绝对真空作为0mbar的0点参考值, 如. 没有空 气的太空 - 真空值为正 科学
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一、真空及其单位
所谓真空是指低于一个大气压 的气体空间。与正常的大气相比， 是比较稀薄的气体状态。
所谓真空是相对的，绝对的真 空是不存在的。通常所说的真空是 一种“相对真空”。
•利用临界温度来区分气体与蒸汽：温度高于临界 温度的气态物质称气体，低于临界温度的气态物 质称为蒸汽。
但在工程实际中:
通常以室温为标准来区分气体和蒸汽：
1）临界温度远低于室温的是“永久气体”，(如 氮、氢、氩、氧和空气等物质)，所以在室温 下它们是“气体”，不能液化。
2）临界温度高于室温的是蒸汽，(如二氧化碳的 临界温度与室温接近，极易液化；水蒸汽、有 机物质和气态金属它们的临界温度高于室温很 多)在室温下它们极易液化。
赫兹—克努曾（Hertz-Knudsen）公式:
υ：单位时14间n内，a在单，位面积的2器pm壁k上T发生碰
撞的气体分子数，称为入射频率。 n:器壁前的气体分子密分子在连续两次碰撞之间的路程称为 “自由程”。其统计平均值称为“平均自由程”。
1 22n
可见，平均自由程与分子密度n和分子直径 的平方是反比关系。
平均自由程（续）
又气体状态方程：P=nkT ，代入气体分子密度n， 则
kT 22P
可见，气体分子的平均自由程与压强成反 比，与温度成正比。
dN/N=f()d
f()4(m)32ex m p2( /2 k)T 2 函数f()表明2了k分布T在速度υ附近单位速度间
隔内的分子数占总分子数的比率，也叫麦克斯韦 速率分布定律。
麦克斯韦速率分布曲线
该曲线反映了气体分 子速度随温度的变化情况。
气体分子的最可几速率
根据麦克斯韦速率分布定律，从理论上可 推可得几分 速子 度速 ，率其在值为υm：处有极大值，υm被称为最
表1-1 各种物质的临界温度
1-2 稀薄气体的基本性质（复习）
气体状态方程 (描述气体性质，当气体处于平衡时可得到)
P=nkT or PV= RT
P:压强（Pa）；
m
n:气体分子密度（个/m3M）；
V:体积（ m3 ）； T:绝对温度（K）；
M:气体分子量（kg/mol）； m:气体质量（kg）；
气体分子的均方根速率
气体分子的均方根速度为：
r
3kT m
3RT 1.73R(T cm /s)
M
M
三种速度的比较
三种速度中， υr＞υa ＞υm 均方根速度υr最大，平均速度υa次之，最可几 速度υm最小。
这三种速度在不同的场合有各自的应用： υr 在计算分子的平均动能时采用； υa在计算分子运动的平均距离时要用到； υm在讨论速度分布时要用到。
k:玻尔兹曼常数（1.38×10-23 J/K）；
R:气体普适常数（8.314 J/mol • K）也叫摩尔气体常数，
亦为：R=NA • k， NA : 阿佛伽德罗常数（6.023 ×1023 个/mol）。
1)波义尔定律
一定质量的气体，在恒定温度 下，气体的压强与体积的乘积为常 数。
PV=C or P1V1=P2V2
2)盖·吕萨克定律
一定质量的气体，在压强一 定时，气体的体积与绝对温度成正 比。
V=CT or V/V0=T/T0
3)查理定律
一定质量的气体，如果保持体 积不变，则气体的压强与绝对温度 成正比。
P=CT or P/P0=T/T0
一、气体分子的速度分布(简介)
麦克斯韦—玻尔兹曼分布 在平衡状态下，当气体分子间的相互作
1、真空的单位
在真空技术中对于真空程度的 高低，可以用多个参量来度量，最 常用的有“真空度”和“压强”。
此外，也可用气体分子密度、气 体分子的平均自由程、形成一个分 子层所需的时间等来表示。
2、区别：“真空度”和“压强”
“真空度”和“压强”是两个概念，不能混 淆：压强越低，意味着单位体积中气体分子数愈 少，真空度愈高；反之真空度越低则压强就越高。
m
2kT m
2RT 1.41R(T cm /s)
M
M
M:气体分子量（kg/mol）； m:气体质量（kg）；
k:玻尔兹曼常数（1.38×10-23 J/K）；
R:气体普适常数（8.314 J/mol • K），也叫摩尔气体常 数。
气体分子的平均速率
气体分子的平均速度为：
a8 kmT 8 R MT 1.59R M(T cm /s)
用可以忽略时，分布在任一速度区间 υ— υ+dυ 内分子的几率为：
d N N 4 (2 m k)T 3 2ex m p 2/( 2 k) T 2 d
N:容器中气体分子总数；m:气体分子质量； T：气体温度；k：玻尔兹曼常数。
麦克斯韦速率分布定律
由上式可见，在不同的速度附近取相等的间 隔d ，比率dN/N的数值一般是不同的。比率 dN/N与速度有关，与的函数关系成正比，即
由于真空度与压强有关，所以真空的度量单位 是用压强来表示。
二、真空区域的划分
三、固体对气体的吸附、气体的脱附
1.固体对气体的吸附 物理吸附 化学吸附
2.气体从固体表面的脱附 3.影响因素
四、气体与蒸汽
•气体的临界温度：对于每种气体都有一个特定的 温度，高于此温度时，气体无论如何压缩都不会 液化，这个温度称为该气体的临界温度。
第一部分：薄膜的获得
第一章 真空技术基础
1-1 真空的基本知识 1-2 稀薄气体的基本性质 1-3 真空的获得 1-4 真空的测量 1-5 真空检漏
1-1 真空的基本知识
薄膜制备方法:物理沉积和化学沉积两大类。 物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，
简称PVD) 的基本制作技术包括：真空蒸发、溅射镀膜 和离子镀等。
在气体种类一定、室温的情况下：
0.667
P
20℃空气在不同压强下的分子平均自由程
P(Torr) 1
10-3 10-4 10-5 10-6 10-9
λ（cm） 4.72×10-3
4.72 47.2 472 4720 4.72×106
三、碰撞速率与余弦散射律
1、气体分子向固体表面入射碰撞
描述气体分子热运动的重要公式：