第二讲_真空技术基础
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（整理）真空技术基础知识
（整理）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。
真空技术基础
克努森准数Kn —划分分子流状态与黏滞流状态
Kn D /
其中，D为气体容器的尺寸， 为气体分子的平均自由程。
根据Kn的大小，气体的流动可 被划分为三个不同的区间:
分子流状态：
过渡状态： 黏滞流状态：
Kn﹤1
Kn＝1～110 Kn﹥110
§4-2 气体管路的流导
流导：真空系统中总包括有真空管路，而真空管路中气 体的通过能力称为它的流导。 设某一真空部件使流动着的气体形成一定程度的压力 降低，则其流导C的定义为：
Q C P 1P 2
式中，P1和P2为部件两端的气体压力；Q为单位时间内通过该真空部 件的气体流量(L)。
流导的求解： 当不同的流导C1，C2，C3之间相互串连或并联时，形 成的总流导C可以通过下式求出：
串联流导：
1 1 1 1 1 C C1 C2 C3 Cn
并联流导：
II. 理想气体状态方程：
m PV RT M
P
其中:
m m N RT kN0T kT nkT VM VN 0 V
R P0V0 / T0 8.3149 J mol1 K 1
k R / N0 1.3810
23
J /K
m 为气体的质量，M 为气体的摩尔质量， 为气体分子的
2
n为单位体积内气体分子的数目。
平均自由程( )与气体的热力学温度(T)、玻耳兹曼常数 (k=R/N0)、某种气体分子的有效截面直径d(常温常压下＝ 0.5 nm)、气体压力和单位体积内气体分子数n之间的关系 为(普通物理学，程守洙主编，P299) ：
平均自由程(
kT 1 1 2 2 2d p nd 2
C C1 C2 C3 Cn
第二章真空技术基础
真空技术中，气体在固体表面的吸附和脱附现象总 是存在的，只是外界条件不同，产生吸附或脱附的 程度不同。
在抽真空的过程中，空间气体压力不断降低，表面 上脱附速率大于吸附速率，气体吸附量逐渐减少， 气体从表面上缓缓放出，这种现象在真空中叫做材 料的放气或出气。
一般地，影响气体在固体表面吸附和脱附的主要因 素是气体的压强、固体的温度、固体表面吸附的气 体密度以及固体本身的性质，如表面光洁程度、清 洁度等。当固体表面温度较高时，气体分子容易发 生脱附，对真空室的适当烘烤有利于真空的获得就 是利用这个道理。
真空各区域的气体分子运动性质各不相同。低真空 下，气态空间近似为大气状态，分子仍以热运动为 主，分子之间碰撞十分频繁；
中真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子 状态过渡，此时气体分子之间和分子与器壁之间的 碰撞次数差不多；
当达到高真空时，气体分子的流动已为分子流，气 体分子与容器器壁之间的碰撞为主，而且碰撞次数 大大减少，在高真空下蒸发的材料，其粒子将沿直 线飞行；
旋片式机械泵
图2－1 油封旋片式机械泵结构图
（1）理论基础 玻意耳－马略特定律（Boyle-Malotte Law）
温度不变时，一定质量的气体的压强跟它的体积的 乘积是不变的。其数学表达式为
pV＝恒量
若能将原压强为p0的容器体积V扩展∆V，扩展容积 后的压强为p1，则由玻－马定律有
p0V=p1(V+ ∆V)
“真空泵”是用于抽出容器内气体的机器。
真空泵主要性能参数：
抽气速率（体积流速）： 在给定压强下，单位时间内从泵的进气口抽入泵内 的气体体积，称为泵在该压强下的抽气速率。单位： L/s；m3/s
极限真空：
在被抽容器的漏气及容器内壁放气可忽略的情况下， 真空泵能抽得的最高真空称为极限真空。
2真空技术基础
14
真空的测量
• 直接法：绝对真空计，准确但不适合高真空
压力为133hPa
薄膜式真空规
15
热偶真空计
热偶真空计
热丝 热偶
•利用气体导热率随真 空度变化测量 •范围 0.1～100Pa •简单、使用方便 •测量精度不很高
16
电离真空计
电离真空计 •利用气体电离时，离 子电流与气压关系进 行测量 •范围 0.1～10-5Pa •常与热偶计结合使用
2
真空的表示：真空度——气体的压强 (Pa)
蒸发镀：<10−3 Pa；溅射镀：10−2 <10 Pa； 低压化学气相沉积：10-1～10Pa； 等离子体化学气相沉积：10～102Pa； 表面分析：超高真空
3
• 平均自由程：气体分子之间相邻两次碰撞的平均距离
l=
kT C⎞ 2 ⎛ 2πd P⎜1 + ⎟ ⎝ T⎠
内表面层
基体金属
20
日常的污垢类型
存在形状 z颗粒状 z覆盖膜状 z无定形 z溶解状态 化学组成和亲水亲油性 z水溶性无机物 z水不溶性无机物 z水不溶性非极性有机物 z水不溶性极性有机物
21
污垢在物体表面形态
• • • • • • 重力堆积 分子作用力 静电力 生成变质层 渗入到内部 硬颗粒嵌入 附着污垢
第二章 真空技术基础
Elements of vacuum technology
1
真空的定义
• 真空：密闭容器内低于一个大气压的空间 （<1.01×105Pa）
绝对真空永远无法达到
气体状态方程： P=nkT 体积分子数：n=7.2×1022P / T 20°C时，若 P=1.33 × 10-4 Pa 则 n=3.2 ×1010 个/cm3
真空技术第二讲
PV M
RT nRT
克拉伯龙方程
气体分子运动论基本假设
• 1.任何气体均由大量微小分子的质点所组成；对 于单一气体，这些质点完全是相同的。这些微小 质点称为分子。 • 2.分子尽管微小，但仍有一定体积。因此在运动 时它们不断碰撞，且亦与容器器壁碰撞，这些碰 撞是完全弹性的，即无能量损失的，即无能量损 失的。 • 3.分子的运动及碰撞遵从牛顿定律，可以用经典 力学来处理。 • 4.分子的数目是巨大的，而气体的宏观性质是大 量分子微观性质的统计平均值，可以采用统计学 的方法予以求出
• 速率分布函数 速率分布函数是用来描述气体分子速率分布规律的， 表 示速率 v 附近单位速率区间内分子数占总分子数的比率。 若气体分子总数为N，dN为速率区间v~v +dv内的分子， 则
dN dN N f (v) dv f (v) N dv
由于分子速率在0~ ∞之间分布，在其上概率为
2.气体的压强
• 宏观定义：处在容器中的气体，对器壁施有压力。 在达到平衡以后，这个压力是恒定的。单位面积 器壁上所受的压力称为压强 • 微观定义：从气体分子运动论的观点来看，气体 的压力是大量分子碰撞于单位面积器壁而产生的 动量变化率的总和。（从此观点判定，压强这个 概念是具有统计性质的） • 根据分子运动论理论，可求出压强公式
在真空技术的具体问题中，常需要计算单位时间内 入射到单位面积上的分子数目，即分子入射率。 由麦克斯韦速率分布推导出的分子入射率为
1 nv x f (vx )dvx nv 0 4 气体分子单位时间入射到单位面积上的分子数与分子 数密度 n 成正比，与气体热运动平均速率 v成正比。
N0 P P 2m KT 2RT
混合气体中分子平均自由程 1 1 K m2 d1 d 2 2 1 （ ） ni m1 2 i 1
RT nRT
克拉伯龙方程
气体分子运动论基本假设
• 1.任何气体均由大量微小分子的质点所组成；对 于单一气体，这些质点完全是相同的。这些微小 质点称为分子。 • 2.分子尽管微小，但仍有一定体积。因此在运动 时它们不断碰撞，且亦与容器器壁碰撞，这些碰 撞是完全弹性的，即无能量损失的，即无能量损 失的。 • 3.分子的运动及碰撞遵从牛顿定律，可以用经典 力学来处理。 • 4.分子的数目是巨大的，而气体的宏观性质是大 量分子微观性质的统计平均值，可以采用统计学 的方法予以求出
• 速率分布函数 速率分布函数是用来描述气体分子速率分布规律的， 表 示速率 v 附近单位速率区间内分子数占总分子数的比率。 若气体分子总数为N，dN为速率区间v~v +dv内的分子， 则
dN dN N f (v) dv f (v) N dv
由于分子速率在0~ ∞之间分布，在其上概率为
2.气体的压强
• 宏观定义：处在容器中的气体，对器壁施有压力。 在达到平衡以后，这个压力是恒定的。单位面积 器壁上所受的压力称为压强 • 微观定义：从气体分子运动论的观点来看，气体 的压力是大量分子碰撞于单位面积器壁而产生的 动量变化率的总和。（从此观点判定，压强这个 概念是具有统计性质的） • 根据分子运动论理论，可求出压强公式
在真空技术的具体问题中，常需要计算单位时间内 入射到单位面积上的分子数目，即分子入射率。 由麦克斯韦速率分布推导出的分子入射率为
1 nv x f (vx )dvx nv 0 4 气体分子单位时间入射到单位面积上的分子数与分子 数密度 n 成正比，与气体热运动平均速率 v成正比。
N0 P P 2m KT 2RT
混合气体中分子平均自由程 1 1 K m2 d1 d 2 2 1 （ ） ni m1 2 i 1
真空技术基础(ppt)
特点与使用：单独使用或用作其他泵的前级泵，低 真空系统。 缺点：油污染
附：干泵
二、复合分子泵
涡轮分子泵
多级叶片连续压 缩保证了高抽速
（1000 l/s)
结构简单 转速较小 压缩比大
牵引分子泵
涡轮分子泵抽气能力高 牵引分子泵压缩比大
复合式分子泵
极限真空度：10-1~10-8 Pa
三、低温泵
工作原理：依靠气体分子在低温条件下自发凝结或被其他物质表面吸附的性 质对气体分子的去除，进而获得高真空的装置。真空度依赖于低温度，吸附 物质的表面积和吸附气体的种类等。
真空度单位：气压的单位。 真空度就是真空中的气压。真空度的测量就是气压的测量。
第一节 、真空的基本知识
一、表示真空程度的单位
表1 几种压强单位的换算关系
单位 帕（Pa） 托（torr） 毫巴（mba） 标准大气压（atm）
1Pa 1
7.5×10-3 1×10-2
9.87×10-6
1torr 133.3
真空技术基础(ppt)
优选第一章真空技术基础
托里拆力试验
十七世纪用抽水泵 它来排除矿井中的 积水，无法将水抽 到10米以上的高度
伽利略（1564－1642） 物理學家、數學家、天文
學家及哲學家 “真空力”
托里拆力 （1608～1647） 物理学家、数学家
水银真空试验
辈尔梯 数学家、天文学家 水真空试验 （当时未成功）
溅射离子泵
低温泵
• 说明：
• 由于不同泵种的工作压力范围不同，实际 运用中为达一定的真空度，将两种或以上 的真空泵组合起来形成真空泵机组。
一、旋片式机械真空泵
机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸 气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断 膨胀，从而获得真空的装置。它可以直接在大 气压下开始工作，极限真空度一般为1~1×102Pa，抽气速率与转速及空腔体积V的大小有关， 一般在每秒几升到每秒几十升之间。
附：干泵
二、复合分子泵
涡轮分子泵
多级叶片连续压 缩保证了高抽速
（1000 l/s)
结构简单 转速较小 压缩比大
牵引分子泵
涡轮分子泵抽气能力高 牵引分子泵压缩比大
复合式分子泵
极限真空度：10-1~10-8 Pa
三、低温泵
工作原理：依靠气体分子在低温条件下自发凝结或被其他物质表面吸附的性 质对气体分子的去除，进而获得高真空的装置。真空度依赖于低温度，吸附 物质的表面积和吸附气体的种类等。
真空度单位：气压的单位。 真空度就是真空中的气压。真空度的测量就是气压的测量。
第一节 、真空的基本知识
一、表示真空程度的单位
表1 几种压强单位的换算关系
单位 帕（Pa） 托（torr） 毫巴（mba） 标准大气压（atm）
1Pa 1
7.5×10-3 1×10-2
9.87×10-6
1torr 133.3
真空技术基础(ppt)
优选第一章真空技术基础
托里拆力试验
十七世纪用抽水泵 它来排除矿井中的 积水，无法将水抽 到10米以上的高度
伽利略（1564－1642） 物理學家、數學家、天文
學家及哲學家 “真空力”
托里拆力 （1608～1647） 物理学家、数学家
水银真空试验
辈尔梯 数学家、天文学家 水真空试验 （当时未成功）
溅射离子泵
低温泵
• 说明：
• 由于不同泵种的工作压力范围不同，实际 运用中为达一定的真空度，将两种或以上 的真空泵组合起来形成真空泵机组。
一、旋片式机械真空泵
机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸 气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断 膨胀，从而获得真空的装置。它可以直接在大 气压下开始工作，极限真空度一般为1~1×102Pa，抽气速率与转速及空腔体积V的大小有关， 一般在每秒几升到每秒几十升之间。
薄膜制备技术：第二部分 真空技术基础-田民波详述
真空区域的划分
薄膜制备和分析技术对于真空度要求 真空蒸发沉积需要高真空和超高真空范围（<10-3 Pa）; 溅射沉积需要中、高真空（10-2 ~ 10-5 Pa）; 低压化学气相沉积需要中、低真空（10~ 100 Pa）; 电子显微技术维持的分析环境需要高真空; 材料表面分析需要超高真空。
稀薄气体的基本性质
经过n个循环后
当泵室体积大，被抽容积小时，即ΔV/V 越大， V/(V+ΔV)n→0越快，Pn →0越快。 但n→∞时Pn →0。实际上不可 能，有一极限值，因为泵结构 上存在“有害空间→ 出气口与 转子密封点之间的极小空隙空 间。1处的气体不能被排走， 会穿过2点，回到吸气侧。
旋片式机械真空泵
每秒转子转m次，则t秒转 n=mt，这时待抽空间的 压强为Pt：
分子泵 钛升华泵
气体捕获泵 溅射离子泵
低温冷凝泵
真空的获得
几种常用真空泵的工作压强范围
旋片式机械真空泵
旋片泵结构示意图
旋片泵工作原理图
旋片式机械真空泵
若待抽真空室体积V，初始压强 初始压强P0，旋转一周排 出气体体积为ΔV，根据 根据P1V1= P2V2，有
转到第二周时，P1作为P0
旋片式机械真空泵
分子束的反射
碰撞于固体表面的分子，它们飞离表面的方向与原入射方 向无关，并按与表面法线方向所成角度 角度θ的余弦进行 分布，则一个分子在离开其表面时，处于立体角dω(与表面 法线成 与表面法线成θ角)中的几率是：
稀薄气体的基本性质
余弦定律的意义： （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
2-第一章-真空技术基础1
va
M
3.14 28g / mol
4.7 104 cm / s
1 4
nva
1 4
2.46 1019
4.7 104
3.2 1023分子 / cm2
s
固体原子密度： n 5 9 1023原子 / cm3
单原子层原子面密度：
1ML
2
(N) 3
1015原子 /
cm2
第14页，共58页。
稀薄气体的基本性质
属于气体捕获泵，即通过各种吸气材料 特有的吸气作用将被抽气体吸除，以达 到所需真空。 不需要油作为介质，又称为无油泵
第21页，共58页。
1.3 真空的获得
☞ 真空度与真空泵
• Ultimate Pressure
– Low Vacuum (Rough) Pumps
• Rotary Vane Pumps • Sorption Pumps – High Vacuum Pumps • Diffusion Pumps • Turbo Molecular Pumps
第18页，共58页。
稀薄气体的基本性质
真空度对薄膜质量的影响
考虑自由程：
0.667
P
P=10-4Pa时， P=10-3Pa时，
6670cm 66.7m 667cm 6.67m
薄膜技术中最常用的真空度为10-4Pa，自由程大约是66米。即 使再差， 10-3Pa，自由程大约是6.6米。
• Turbo Molecular Pumps • Ion Pumps • Titanium Sublimation
Pumps
第22页，共58页。
1.3 真空的获得－抽真空
极限真空（极限压强Pu）和抽气速率
第真空技术基础课件ppt
内侧1活.2性炭真表面空的吸附获H2得、He、Ne
吸附 N2、O2、Ar；
4）油因参扩考端散气泵压固（定，D因if而fu温s度io、n电P阻u、m流过p）电流不变，
借助其补偿作用可比对求出待测腔体内的气体压力。
结果：得到了“真空”的定义和大气压的定义与量度依据！
2）在气体种类和温度一定的情况下：
高真空阀和冷阱
双级：105~10-2 Pa
02×1023 个/mol；
1 真空技术基础
1.2 真空的获得
真空泵的分类及常用工作压强范围
旋片式机械泵（Rotary Pump）
气 体
罗茨泵（Booster Pump / Roots Pump）
输 油扩散泵（Diffusion Pump）
运 涡轮分子泵（Turbomolecular Pump）
了解真空的基本概念和知识，掌握真空的获得和测量技术基础知识 1958年为纪是念了托解里切薄利膜，材用托料（制tor备r）技代替术了的m基mH础g：！1 torr＝1 mmHg
013×105
1.1
P真a＝空1. 的基本知识
罗茨泵（Booster Pump / Roots Pump）
罗茨泵（Booster Pump / Roo中ts P学ump物） 理内容：1643年 托里切利 (Torricelli) 著名的大气压实验
内侧活性炭表面
吸附 H2、He、Ne
结果：得到了“真空”的定义和大气压的定义与量度依据！
特 点：1）响应速度比热偶真空计快得多；
1）初级冷头（外侧温度 = 50~80 K）：吸附 水气、CO2 等；
阻止油气回流的Baffle
物理意义：是描（述稀d）薄气典体型流高动状真态空的系准数统！组合
吸附 N2、O2、Ar；
4）油因参扩考端散气泵压固（定，D因if而fu温s度io、n电P阻u、m流过p）电流不变，
借助其补偿作用可比对求出待测腔体内的气体压力。
结果：得到了“真空”的定义和大气压的定义与量度依据！
2）在气体种类和温度一定的情况下：
高真空阀和冷阱
双级：105~10-2 Pa
02×1023 个/mol；
1 真空技术基础
1.2 真空的获得
真空泵的分类及常用工作压强范围
旋片式机械泵（Rotary Pump）
气 体
罗茨泵（Booster Pump / Roots Pump）
输 油扩散泵（Diffusion Pump）
运 涡轮分子泵（Turbomolecular Pump）
了解真空的基本概念和知识，掌握真空的获得和测量技术基础知识 1958年为纪是念了托解里切薄利膜，材用托料（制tor备r）技代替术了的m基mH础g：！1 torr＝1 mmHg
013×105
1.1
P真a＝空1. 的基本知识
罗茨泵（Booster Pump / Roots Pump）
罗茨泵（Booster Pump / Roo中ts P学ump物） 理内容：1643年 托里切利 (Torricelli) 著名的大气压实验
内侧活性炭表面
吸附 H2、He、Ne
结果：得到了“真空”的定义和大气压的定义与量度依据！
特 点：1）响应速度比热偶真空计快得多；
1）初级冷头（外侧温度 = 50~80 K）：吸附 水气、CO2 等；
阻止油气回流的Baffle
物理意义：是描（述稀d）薄气典体型流高动状真态空的系准数统！组合
2011-2真空技术基础
器壁
A 所受平均冲力 1
v
F
A1
2 vx
Nm x
y
z x
气体压强
A2
o
z
x
N n xyz
F Nm 2 p vx yz xyz
2 vx
统计规律
1 2 v 3
分子平均平动动能
1 2 k mv 2
2 p n k 3 16
压强的物理意义 统计关系式
2 p n k 3
39
40
• 关于气体分子对所接触固体表面（如容器壁）的 碰撞问题，可以从入射方向和入射数量二方面加 以讨论。若一立体角dω与面积元ds的法线间的 夹角为θ，则单位时间内由dω方向飞来碰撞到 ds上的气体分子数目dNθ与cosθ成正比，这就 是通常所说的余弦定律： • •
19
f (v )
S
dN f ( v)dv dS N 速率位于v v dv 内分子数
o
v1 v2
v
dN Nf ( v)dv
v v1 v2 区间的分子数 N v 2 N f ( v)dv 速率位于 1
速率位于 v1 v2 区间的分子数占总数的百分比
N ( v1 v2 ) v2 S v f ( v)dv 1 N
f (v)
物理意义
dS
o
v v dv
v
表示在温度为 T 的平衡 状态下，速率在 v 附近单位 速率区间 的分子数占总数的 百分比 . 表示速率在 v v dv 区间的分子数占总分子数的 百分比 .
N 0
dN f ( v)dv dS N
归一化条件
dN 0 f ( v)dv 1 N
5
《真空技术基础》课件2
可持续发展方来，随着人类社会对可持续发展需求的不断 提高，真空技术的应用前景将更加广阔。同时，也需要不断研究和开发新的真空技术，以更好地服务 于可持续发展。
THANKS
感谢观看
机遇和挑战。
真空技术的突破
目前，真空技术已经广泛应用于各个领域，如电子、能源、环保等。未来，随着技术的 不断突破，真空技术的应用领域将进一步扩大，为人类社会的发展带来更多的便利和效
益。
真空技术在新能源领域的应用
太阳能光伏产业
真空技术在太阳能光伏产业中发 挥着重要作用，如太阳能电池的 制造需要高真空环境，而真空镀 膜技术可以提高太阳能电池的光
详细描述
真空镀膜技术利用物理或化学方法，在材料表面形成一层具 有特殊性能的薄膜，如高硬度、高耐磨性、高反射率等。这 种技术广泛应用于眼镜、钟表、手机等产品的表面处理，提 高产品的外观和性能。
真空热处理技术
总结词
真空热处理技术是一种在真空中对金属材料进行加热和冷却处理，以达到改变 材料性能的工艺。
详细描述
气体净化
对进入系统的气体进行净化处理，以 减少气体杂质对密封面的磨损和腐蚀 。
定期维护
对密封件进行定期检查和维护，以保 证密封效果和延长使用寿命。
04
真空技术的应用实例
真空镀膜技术
总结词
真空镀膜技术是一种在真空中将金属、非金属或化合物蒸气 沉积在材料表面形成薄膜的工艺，广泛应用于光学、电子、 机械、建筑等领域。
真空电子器件制造技术需要在高真空条件下进行，以保证电子器件的性能和稳定 性。这种技术广泛应用于电视、电脑、手机等电子产品中，是现代电子工业的基 础之一。
真空在科研领域的应用
总结词
真空在科研领域的应用广泛，如真空镀膜、真空热处理、真空电子器件制造等，为科学研究提供了重要的实验手 段和基础条件。
THANKS
感谢观看
机遇和挑战。
真空技术的突破
目前，真空技术已经广泛应用于各个领域，如电子、能源、环保等。未来，随着技术的 不断突破，真空技术的应用领域将进一步扩大，为人类社会的发展带来更多的便利和效
益。
真空技术在新能源领域的应用
太阳能光伏产业
真空技术在太阳能光伏产业中发 挥着重要作用，如太阳能电池的 制造需要高真空环境，而真空镀 膜技术可以提高太阳能电池的光
详细描述
真空镀膜技术利用物理或化学方法，在材料表面形成一层具 有特殊性能的薄膜，如高硬度、高耐磨性、高反射率等。这 种技术广泛应用于眼镜、钟表、手机等产品的表面处理，提 高产品的外观和性能。
真空热处理技术
总结词
真空热处理技术是一种在真空中对金属材料进行加热和冷却处理，以达到改变 材料性能的工艺。
详细描述
气体净化
对进入系统的气体进行净化处理，以 减少气体杂质对密封面的磨损和腐蚀 。
定期维护
对密封件进行定期检查和维护，以保 证密封效果和延长使用寿命。
04
真空技术的应用实例
真空镀膜技术
总结词
真空镀膜技术是一种在真空中将金属、非金属或化合物蒸气 沉积在材料表面形成薄膜的工艺，广泛应用于光学、电子、 机械、建筑等领域。
真空电子器件制造技术需要在高真空条件下进行，以保证电子器件的性能和稳定 性。这种技术广泛应用于电视、电脑、手机等电子产品中，是现代电子工业的基 础之一。
真空在科研领域的应用
总结词
真空在科研领域的应用广泛，如真空镀膜、真空热处理、真空电子器件制造等，为科学研究提供了重要的实验手 段和基础条件。
培训系列之2(张世伟)真空工程理论基础
真空中气体的流动
气体流动的状态与特征
湍
流 —
粘滞流 —
过渡流 — 分子流 —
经作者授权，版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者 同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。
真空中气体的流动
气体流动状态的判别——判据
雷诺数 湍 流
东北大学第八期《真空技术》培训班讲义之二
2011,5.13～2011.5.23
真空工程 理论基础
主讲人：东北大学 张世伟
经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意， 任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。
真空的性质与应用
真空的力学性质 真空与大气之间存在压力差约为：
1kgf / cm2 真空力学性质特点：无处不在，而且均 匀恒定，可以作为良好的动力来源。
经作者授权，版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者 同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。
真空的性质与应用
沸点降低与蒸发加强 在真空中，物质的性质发生变化：液体沸点降低，
蒸发升华加强。 液面上方大气压等于饱和蒸汽压时液体沸腾，同 时飞出液面的分子易于扩散。 如：青藏高原大气压力为380Toor，水的沸点为 80 ℃。铝在一个标准大气压时要2400℃时才能 蒸发，在 10-3 Pa 只要847℃就大量蒸发。
适合于将各个分散物向集中地输送（气压输送恰 好相反）。 使用实例：吸尘器；伦敦的邮政信件传递；粮食、 冶金配料等颗粒物料的输运；等等。
真空技术基础二
Fundamentals of Vacuum Techniques （II）
真空技术基础（二）
1 Gas Transport under Normal Pressure
▪Basic Concepts
平 衡 态：宏观物理量随时间不变，随空间分布均匀； 非平衡态：宏观物理量随时间变化，随空间分布不均匀；
3
z
= 1 v v ds v ds
3 z
z
1 v
3
关于粘滞方程：
1、粘滞系数与气体的摩尔质量的平方根成正比； 2、粘滞系数随温度增加而增加； 3、常压下，粘滞系数与气体密度无关； 4、中压和低压下，气体分子间碰撞不是主要的矛盾，导致粘
滞系数与压力相关；
Gas Thermal Conduction:
S : Area of board; d: distance of board; T: Temperature of board
同心圆筒的热传导公式： Q 2 KL T1 T2 ln r2 r1 L : Length of cylinder; r: radius of cylinder
关于气体热传导方程：
3.扩散（diffusion） 气体各部分的密度不相等，存在质量梯度，从而造成的质量的传递，输运 的物理量是质量；
4.热扩散或者热流逸（thermal transpiration） 气体各部分温度不等，从而导致的分子从一个地方传输到另一个地方，输 运的物理量是质量。
Vacuum and Transport:
1、气体热导率与温度相关； 2、常压下气体热导率与压力无关； 3、中压和低压下，由于气体分子间碰撞不是很重要，气体与
器壁的碰撞成为主要考虑的因素，所以K与压力有关；
真空技术基础（二）
1 Gas Transport under Normal Pressure
▪Basic Concepts
平 衡 态：宏观物理量随时间不变，随空间分布均匀； 非平衡态：宏观物理量随时间变化，随空间分布不均匀；
3
z
= 1 v v ds v ds
3 z
z
1 v
3
关于粘滞方程：
1、粘滞系数与气体的摩尔质量的平方根成正比； 2、粘滞系数随温度增加而增加； 3、常压下，粘滞系数与气体密度无关； 4、中压和低压下，气体分子间碰撞不是主要的矛盾，导致粘
滞系数与压力相关；
Gas Thermal Conduction:
S : Area of board; d: distance of board; T: Temperature of board
同心圆筒的热传导公式： Q 2 KL T1 T2 ln r2 r1 L : Length of cylinder; r: radius of cylinder
关于气体热传导方程：
3.扩散（diffusion） 气体各部分的密度不相等，存在质量梯度，从而造成的质量的传递，输运 的物理量是质量；
4.热扩散或者热流逸（thermal transpiration） 气体各部分温度不等，从而导致的分子从一个地方传输到另一个地方，输 运的物理量是质量。
Vacuum and Transport:
1、气体热导率与温度相关； 2、常压下气体热导率与压力无关； 3、中压和低压下，由于气体分子间碰撞不是很重要，气体与
器壁的碰撞成为主要考虑的因素，所以K与压力有关；
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C n A 2M
真空系统的导流能力 流导
不同形状管路的流导已被编制成图表 不同流导C1、C2、C3间可相互串联或并联 ，构成总流导C
1 1 1 1 C C1 C2 C3
串联流导： 并联流导：
C C1 C2 C3
（就象描述气体流动的欧姆定律）
真空泵的抽速
为获得真空环境，需要选用不同 的真空泵，而它们的一个主要指标 是其抽速Sp，其定义为
涡轮分子泵运 转速度极高， 因此需要在优 于1Pa的较高真 空度下运转
涡轮分子泵的抽速曲线
涡轮分子泵的极限真空度达10-8Pa，适用的压力 范围在110-8Pa之间
隔膜真空泵的外形图
隔膜泵的能力较小(1L/s) ，极限真空度较差(100Pa) ，但无油污染问题
干泵系统的外形图
干泵的能力较大(100L/s) ，极限真空度较高(10-2Pa) ，无严重的油污染问题
p(t) p0 (pi p0 )e
则极限真空度:
S pt V
p0
Qp SP
0
有限流导情况下真空泵的抽速
当真空管路流导为有限，真 空容器出口与真空泵入口处 的气体压力不相等，但气体 流量相等。泵的实际抽速S 降低为
SPC Q S p SP C
即抽速S永远小于泵的理论 抽速Sp，且永远小于管路 流导C。即S受Sp和C二者 中较小的一个所限制。
气体压力的单位与换算
大气压: atm, kg/cm2, bar Pa: N/m2 Torr: mm· Hg 1atm = 1000mbar = 0.1MPa 1Torr = 133Pa
薄膜技术领域：从10-7Pa到105Pa，覆盖了12个数量级
分子运动学的基本概念
气体的压力:
理想气体的状态方程
气体分子对单位面积表面的碰撞频率，称 单位面积上气体分子的通量
NA p 2MRT
气体压力高时，分子频繁碰撞物体表面；
气体压力低时，分子对物体表面的碰撞可 以忽略
气体分子通量的应用: 杂质的污染
假设每个向表面运动来的气体分子都是杂 质，而每个杂质气体分子都会被表面所俘获， 则可估计出不同的真空环境中，清洁表面被杂 质气体分子污染所需要的时间为：
Q Sp p
( L/s )
真空泵的抽速Sp与管路的流导C有着 相同的物理量纲，且二者对维持系统 的真空度起着同样重要的作用
真空泵可以达到的极限真空度
实际的真空系统总存在气体 回流、气体泄露、气体释放等现 象。设其等效的气体流量Qp 0 ， 并忽略管路流阻(流导C为无穷大， p=pp)，则气压随时间的变化曲 线为
超高真空 <10-5 Pa
真空系统的导流能力 流导
真空系统中，气体的通过能力称之为流导C
Q C p1 p2
流导C的大小取决于 真空系统(管路)的几何尺寸 气体的种类与温度 气体的流动状态(分子流或粘滞流)
如对分子流, 一个处于两直径很大的管路之 间的通孔的流导为 A RT
在常温常压下， 3.510-9秒； 10-8Pa时， 10 小时 这一方面说明了真空环境的重要性。同时, 气体分子通量还决定了薄膜的沉积速率。
真空度的划分
在薄膜技术领域，人为地将真空环境粗略 地划分为:
低真空 中真空 高真空
>102 Pa 102 10-1 Pa 10-1 10-5 Pa
低温吸附 (液氦冷凝) 泵的外形图
低温吸附 (液氦冷凝) 泵的结构示意图
低温吸附泵的极限真空度可达10-8Pa。其效能取决于 所用的低温温度、被吸附气体的种类、数量、吸附 表面的面积等
溅射离子泵的外形图
溅射离子泵的结构示意图
溅射离子泵的极限真空度可以达到10-9Pa
常用真空泵的工作范围
不同泵种的工作压力范围不同。因而常将两种或三 种真空泵结合起来组成真空机组
真空室：4.75英寸H4.75英寸
真空泵：双级旋片机械泵 极限真空度：6×10-2Pa 抽速： 0.5L/s
真空计：皮拉尼电阻真空规 （0.1Pa-大气压）
例二：薄膜制备系统: 分子束外延设备
分子束外延设备的真空系统参数
真空室： 28 英寸H15 英寸
极限真空：< 510-8 Torr
真空测量方法的分类 (各种物理的方法)
热电势法 电阻法 电离法 电容法 ……
热偶式的真空规
热偶规仅适用于0.1100Pa的低真空范围
皮拉尼电阻真空规
皮拉尼电阻真空规
其原理、真空测量范围与热偶规相似
电离式真空规
电离式真空规
电离真空规可测量的压力范围为1Pa-10-7Pa
第二讲 真空技术基础
Fundamentals of vacuum technology
要
点
气体分子运动论的基本概念 真空获得的手段 真空度的测量
薄膜材料与真空技术
薄膜材料的制备过程是: atom by atom
几乎所有的现代薄膜材料都是 在真空或是在较低的气体压力下制 备的，都涉及到气相的产生、输运 以及气相反应的过程。
真空泵的分类 输运式（排出式） 机械式 气流式
捕获式（内消式）
可逆式 不可逆式
旋片式机械真空泵的外形图
旋片式机 械真空泵 的结构示 意图
镇气阀：空气可通 过此阀掺入排气室 以降低压缩比，从 而使大部分蒸汽不 致凝结而和掺入的 气体一起被排除泵 外。
旋片式机械真空泵的抽速曲线
极限真空度可达10-1Pa左右，但有油污染问题
气体流动状态 与气体压力、 真空容器尺寸 的关系
根据Knudsen准数 Kn:
D Kn
Kn<1: 分子流状态 Kn>110 粘滞流状态
粘滞态气流的两种不同的流动状态
根据Reynolds准数Re:
Re
vD
紊流状态 层流状态
Re>2200 Re<1200
气体分子的通量（Knudsen方程）
不同的薄膜制备方法涉及到不同的真空环境—— 真空度 不同的真空度需要采用不同的真空获得方法与真 空测量方法
基本概念复习
为什么在薄膜制备技术的讨论中，先要讨论 真空环境与真空技术？ 熟悉真空度的物理单位及其相互换算。 根据气体流动状态所表现出的特性，我们是 如何划分气体流动状态的？ 说明分子通量的物理意义？讨论分子通量是 如何影响薄膜纯度和薄膜沉积速率的。 了解真空泵的主要性能指标。 了解主要的真空泵种类。 了解主要的真空测量方法。 简要说明典型薄膜制备系统的组成。
薄膜式电容真空规
薄膜式电容真空规
薄膜规线性度好，但其探测下限约为10-3Pa
压阻式真空规
利用Si元件的压阻特性，测量范围10-105Pa
常用真空测量方法的适用范围
不同的真空测量方法所适用的压力范围不同。因此常将 不同的方法结合起来使用，拓宽压力测量的范围。
例一：薄膜制备系统: 金属喷镀仪
金属喷镀仪的真空系统参数
罗茨泵的外形图
罗茨泵的结构示意图
罗茨泵不使用油作密封介质，少油污染 其适用的压力范围是在0.1-1000Pa之间
罗茨泵组成的真空机组的外形图
罗茨泵可与旋片式机械泵串联成真空机组使用， 降低每台泵的负荷，扩大可获得的真空度范围
罗茨泵组成的真空机组的抽速曲线
组成机组使其极限真空度提高到10-2Pa
油扩散泵的 外形图
油扩散泵 的结构示 意图
扩散泵油在高温下 会发生氧化，因此 扩散泵需要在优于 10-2Pa的较高真空 度下工作
油扩散泵组 成的真空机 组的外形图
由扩散泵组成真 空机组，其极限 真空可达110-5Pa ，但油污染的问 题较为严重
涡轮分子泵的外形图
涡轮分子 泵的结构 示意图
气体分子的速度分布:
Maxwell-Boltzmann分布
气体分子的自由程、碰撞频率:
1 2 nd
f
va
H2和Al原子在不同温度下的速度分布
3 M v2 2 2 RT 2 ) v e
4 M f (v ) ( 2 RT
典型值：在T=300K 时，空气分子的平 均运动速度: va 460m/s
思 考 题
3. 设薄膜制备设备的气体输入速率为 75Torr· L/min，若需要保持系统的压力为 1Torr, 求需要的真空泵抽气速率Sp。 4. 设M=12, T=300K, P=10Pa, 求薄膜的沉积速率 （nm/s）。
气体分子的自由程
空气分子的有效截面半径d 0.5nm。 在常温常压下，气体分子的平均自由程 50nm，每个空气分子每秒钟内要经历1010次碰 撞。 在气体压力低于10-4Pa的情况下，其平均 自由程 > 50m，每个空气分子每秒钟内只经 历10次碰撞；气体分子间的碰撞几率已很小， 气体分子的碰撞将主要是其与容器器壁之间的 碰撞。
思 考 题
1. 使用真空泵系统对30升的真空系统抽真空到 10-6Torr。关闭真空系统3分钟后，系统压 力升至10-5Torr。 （1）求系统的压力升高率（Torr· L/s) （2）求使用抽速为Sp=40L/s的真空泵时，系 统可以达到的极限真空度。 2. 为电子显微镜和真空退火炉（压力均为10-5 Torr)选配真空泵和真空计。设D=50cm, 计 算Kn和气体分子的运动状态。
真空泵： 低温冷凝泵（或分子泵）1500L/s 旋片机械泵 12L/s 真空计：电离规2，热偶规2，皮 拉尼规2 ，薄膜规1
典型薄膜制备系统的结构图
第一讲 小结
薄膜材料在现代科技领域占有重要的地位，可作 为大家今后作为材料科学家或工程师的职业方向
真空系统的导流能力 流导
不同形状管路的流导已被编制成图表 不同流导C1、C2、C3间可相互串联或并联 ，构成总流导C
1 1 1 1 C C1 C2 C3
串联流导： 并联流导：
C C1 C2 C3
（就象描述气体流动的欧姆定律）
真空泵的抽速
为获得真空环境，需要选用不同 的真空泵，而它们的一个主要指标 是其抽速Sp，其定义为
涡轮分子泵运 转速度极高， 因此需要在优 于1Pa的较高真 空度下运转
涡轮分子泵的抽速曲线
涡轮分子泵的极限真空度达10-8Pa，适用的压力 范围在110-8Pa之间
隔膜真空泵的外形图
隔膜泵的能力较小(1L/s) ，极限真空度较差(100Pa) ，但无油污染问题
干泵系统的外形图
干泵的能力较大(100L/s) ，极限真空度较高(10-2Pa) ，无严重的油污染问题
p(t) p0 (pi p0 )e
则极限真空度:
S pt V
p0
Qp SP
0
有限流导情况下真空泵的抽速
当真空管路流导为有限，真 空容器出口与真空泵入口处 的气体压力不相等，但气体 流量相等。泵的实际抽速S 降低为
SPC Q S p SP C
即抽速S永远小于泵的理论 抽速Sp，且永远小于管路 流导C。即S受Sp和C二者 中较小的一个所限制。
气体压力的单位与换算
大气压: atm, kg/cm2, bar Pa: N/m2 Torr: mm· Hg 1atm = 1000mbar = 0.1MPa 1Torr = 133Pa
薄膜技术领域：从10-7Pa到105Pa，覆盖了12个数量级
分子运动学的基本概念
气体的压力:
理想气体的状态方程
气体分子对单位面积表面的碰撞频率，称 单位面积上气体分子的通量
NA p 2MRT
气体压力高时，分子频繁碰撞物体表面；
气体压力低时，分子对物体表面的碰撞可 以忽略
气体分子通量的应用: 杂质的污染
假设每个向表面运动来的气体分子都是杂 质，而每个杂质气体分子都会被表面所俘获， 则可估计出不同的真空环境中，清洁表面被杂 质气体分子污染所需要的时间为：
Q Sp p
( L/s )
真空泵的抽速Sp与管路的流导C有着 相同的物理量纲，且二者对维持系统 的真空度起着同样重要的作用
真空泵可以达到的极限真空度
实际的真空系统总存在气体 回流、气体泄露、气体释放等现 象。设其等效的气体流量Qp 0 ， 并忽略管路流阻(流导C为无穷大， p=pp)，则气压随时间的变化曲 线为
超高真空 <10-5 Pa
真空系统的导流能力 流导
真空系统中，气体的通过能力称之为流导C
Q C p1 p2
流导C的大小取决于 真空系统(管路)的几何尺寸 气体的种类与温度 气体的流动状态(分子流或粘滞流)
如对分子流, 一个处于两直径很大的管路之 间的通孔的流导为 A RT
在常温常压下， 3.510-9秒； 10-8Pa时， 10 小时 这一方面说明了真空环境的重要性。同时, 气体分子通量还决定了薄膜的沉积速率。
真空度的划分
在薄膜技术领域，人为地将真空环境粗略 地划分为:
低真空 中真空 高真空
>102 Pa 102 10-1 Pa 10-1 10-5 Pa
低温吸附 (液氦冷凝) 泵的外形图
低温吸附 (液氦冷凝) 泵的结构示意图
低温吸附泵的极限真空度可达10-8Pa。其效能取决于 所用的低温温度、被吸附气体的种类、数量、吸附 表面的面积等
溅射离子泵的外形图
溅射离子泵的结构示意图
溅射离子泵的极限真空度可以达到10-9Pa
常用真空泵的工作范围
不同泵种的工作压力范围不同。因而常将两种或三 种真空泵结合起来组成真空机组
真空室：4.75英寸H4.75英寸
真空泵：双级旋片机械泵 极限真空度：6×10-2Pa 抽速： 0.5L/s
真空计：皮拉尼电阻真空规 （0.1Pa-大气压）
例二：薄膜制备系统: 分子束外延设备
分子束外延设备的真空系统参数
真空室： 28 英寸H15 英寸
极限真空：< 510-8 Torr
真空测量方法的分类 (各种物理的方法)
热电势法 电阻法 电离法 电容法 ……
热偶式的真空规
热偶规仅适用于0.1100Pa的低真空范围
皮拉尼电阻真空规
皮拉尼电阻真空规
其原理、真空测量范围与热偶规相似
电离式真空规
电离式真空规
电离真空规可测量的压力范围为1Pa-10-7Pa
第二讲 真空技术基础
Fundamentals of vacuum technology
要
点
气体分子运动论的基本概念 真空获得的手段 真空度的测量
薄膜材料与真空技术
薄膜材料的制备过程是: atom by atom
几乎所有的现代薄膜材料都是 在真空或是在较低的气体压力下制 备的，都涉及到气相的产生、输运 以及气相反应的过程。
真空泵的分类 输运式（排出式） 机械式 气流式
捕获式（内消式）
可逆式 不可逆式
旋片式机械真空泵的外形图
旋片式机 械真空泵 的结构示 意图
镇气阀：空气可通 过此阀掺入排气室 以降低压缩比，从 而使大部分蒸汽不 致凝结而和掺入的 气体一起被排除泵 外。
旋片式机械真空泵的抽速曲线
极限真空度可达10-1Pa左右，但有油污染问题
气体流动状态 与气体压力、 真空容器尺寸 的关系
根据Knudsen准数 Kn:
D Kn
Kn<1: 分子流状态 Kn>110 粘滞流状态
粘滞态气流的两种不同的流动状态
根据Reynolds准数Re:
Re
vD
紊流状态 层流状态
Re>2200 Re<1200
气体分子的通量（Knudsen方程）
不同的薄膜制备方法涉及到不同的真空环境—— 真空度 不同的真空度需要采用不同的真空获得方法与真 空测量方法
基本概念复习
为什么在薄膜制备技术的讨论中，先要讨论 真空环境与真空技术？ 熟悉真空度的物理单位及其相互换算。 根据气体流动状态所表现出的特性，我们是 如何划分气体流动状态的？ 说明分子通量的物理意义？讨论分子通量是 如何影响薄膜纯度和薄膜沉积速率的。 了解真空泵的主要性能指标。 了解主要的真空泵种类。 了解主要的真空测量方法。 简要说明典型薄膜制备系统的组成。
薄膜式电容真空规
薄膜式电容真空规
薄膜规线性度好，但其探测下限约为10-3Pa
压阻式真空规
利用Si元件的压阻特性，测量范围10-105Pa
常用真空测量方法的适用范围
不同的真空测量方法所适用的压力范围不同。因此常将 不同的方法结合起来使用，拓宽压力测量的范围。
例一：薄膜制备系统: 金属喷镀仪
金属喷镀仪的真空系统参数
罗茨泵的外形图
罗茨泵的结构示意图
罗茨泵不使用油作密封介质，少油污染 其适用的压力范围是在0.1-1000Pa之间
罗茨泵组成的真空机组的外形图
罗茨泵可与旋片式机械泵串联成真空机组使用， 降低每台泵的负荷，扩大可获得的真空度范围
罗茨泵组成的真空机组的抽速曲线
组成机组使其极限真空度提高到10-2Pa
油扩散泵的 外形图
油扩散泵 的结构示 意图
扩散泵油在高温下 会发生氧化，因此 扩散泵需要在优于 10-2Pa的较高真空 度下工作
油扩散泵组 成的真空机 组的外形图
由扩散泵组成真 空机组，其极限 真空可达110-5Pa ，但油污染的问 题较为严重
涡轮分子泵的外形图
涡轮分子 泵的结构 示意图
气体分子的速度分布:
Maxwell-Boltzmann分布
气体分子的自由程、碰撞频率:
1 2 nd
f
va
H2和Al原子在不同温度下的速度分布
3 M v2 2 2 RT 2 ) v e
4 M f (v ) ( 2 RT
典型值：在T=300K 时，空气分子的平 均运动速度: va 460m/s
思 考 题
3. 设薄膜制备设备的气体输入速率为 75Torr· L/min，若需要保持系统的压力为 1Torr, 求需要的真空泵抽气速率Sp。 4. 设M=12, T=300K, P=10Pa, 求薄膜的沉积速率 （nm/s）。
气体分子的自由程
空气分子的有效截面半径d 0.5nm。 在常温常压下，气体分子的平均自由程 50nm，每个空气分子每秒钟内要经历1010次碰 撞。 在气体压力低于10-4Pa的情况下，其平均 自由程 > 50m，每个空气分子每秒钟内只经 历10次碰撞；气体分子间的碰撞几率已很小， 气体分子的碰撞将主要是其与容器器壁之间的 碰撞。
思 考 题
1. 使用真空泵系统对30升的真空系统抽真空到 10-6Torr。关闭真空系统3分钟后，系统压 力升至10-5Torr。 （1）求系统的压力升高率（Torr· L/s) （2）求使用抽速为Sp=40L/s的真空泵时，系 统可以达到的极限真空度。 2. 为电子显微镜和真空退火炉（压力均为10-5 Torr)选配真空泵和真空计。设D=50cm, 计 算Kn和气体分子的运动状态。
真空泵： 低温冷凝泵（或分子泵）1500L/s 旋片机械泵 12L/s 真空计：电离规2，热偶规2，皮 拉尼规2 ，薄膜规1
典型薄膜制备系统的结构图
第一讲 小结
薄膜材料在现代科技领域占有重要的地位，可作 为大家今后作为材料科学家或工程师的职业方向