7-0_真空技术基础知识.
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。
7~0真空技术基础知识
第七单元 真空技术7-0 真空技术基础知识“真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。
真空的发现始于1643，那年托利拆利（E.Torricelli ）做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。
此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa 的极高真空。
在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。
一、真空物理基础 1． 真空的表征表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。
单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。
在SI 单位制中，压强单位为 牛顿/米2（N/m 2）：1牛顿/米2=1帕斯卡（Pascal ）， （7-0-1）帕斯卡简称为帕（Pa ），由于历史原因，物理实验中常用单位还有托（Torr ）。
1标准大气压（atm ）=1.0135×105(Pa)，1托=1/760标准大气压 （7-0-2） 1托=133.3帕斯卡习惯采用的毫米汞柱（mmHg ）压强单位与托近似相等（1mmHg=1.00000014）托。
各种单位之间的换算关系见附表7-1 2． 真空的划分真空度的划分（不同程度的低气压空间的划分）与真空技术的发展历史密不可分。
通常可分为：低真空（Pa 10~1013-）、高真空（Pa 10~1061--）、超高真空（Pa 10~10-10-6）和极高真空（低于Pa 1010-）。
真空技术基础要点PPT学习教案
三种PVD方法对比
项目 粒子能量
沉积速度 μm/mim 附着性 绕射性
真空蒸镀
0.1～1ev 0.1～75
一般 不好
阴极溅射
1～10ev 0.01～0.5
相当好 好
离子镀
数百～数千ev 0.1～50
非常好 好
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真空材料及部件的清洗
清洗的基本程序
1 污染物的确定 2 清洗方法的确定 3 清洗溶剂的选择 4 清洗程序及注意事项
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旋片机械泵(Rotary Pump)
工作压力：1atm； 极限压力：10-2Pa
单级旋片泵结构
旋片泵工作原理
直联：转速快（1400r/min），效率高，噪音小。
间接联接(通过皮带或齿轮第传5动页/)共：46唯页一优点就是价格便宜。
罗 茨 泵（增压泵）
工作压力： 1atm ； 极限压力：10-3Pa
气体冲洗(氮气)
氮气在材料表面吸附时，由于吸附热小，因而吸留表面 时间极短。即便吸附在器壁上，也很容易被抽走。
优点：缩短系统的抽气时间。如真空室先充氮气后充入 大气，(可缩短近一半抽气时间)。或镀工件前用氮气喷一下 ．
EBS的Jig刷洗后，甩干时用的是N2保护气。 MR3镀膜前用N2冲刷第。25页/共46页
放电时的气体压力可在1~10Pa之间 ，放电电压在 500 ~ 5000V (加入10%的氧气使某些碳氢化合物氧化生成易挥发性气 体而容易被真空系统排除。)
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谢 谢！
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溅射机理：溅射完全是动能的交换过程
级联碰撞：入射离子→靶面原子，产生弹性碰撞，动 能→靶面原子→靶内部原子→经过一系列的碰撞过程
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
（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。
真空基础知识
INFICON HAPSITE Protable GC/MS真空系统
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中国计量科学学院设计的矩形离子阱质谱仪真空系统
恒压电源 测量范围：1 Torr to 10-4 Torr
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电离真空计
工作原理：电子在电场中飞行时从电场获得能量， 若与气体分子碰撞，将使气体分子以一定几率发生 电离，产生正离子和次级电子。其电离几率与电子 能量有关。电子在飞行路途中产生的正离子数，正 比于气体密度，在一定温度下正比于气体的压力。 因此，可根据离子电流的大小指示真空度。 根据气体分子电离方式的不同，电离真空计可可分 三种：热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计和放 射电离真空计。
真空阀门
电磁线圈
铁芯
电磁阀
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真空法兰 CF法兰
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真空法兰 KF法兰
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（1）曲线A：说明该系统既不漏气，也不放气 （放气是由于系统内有蒸汽源所致）；如果系统抽 不到预定压强，是由于泵工作不正常所致。 （2）曲线B：在开始时上升较快，而后呈饱和状， 表明系统本身不漏气，但内部有放气源。 （3）曲线C：呈直线上升，说明系统漏气。 （4）曲线D：表明系统压强开始上升很快，而后 变得较慢但不出现饱和，说明放气和漏气两种情况 都存在。
判断真空系统确实漏气之后，就开始着手寻找漏孔的位置、测定漏率大小，以 便进行修补。检查的方法主要有：压力检漏法、真空检漏法、氦质谱检漏法和 其他检漏法等。
真空知识解析 ppt课件
• 15 K array(快速再生):二级冷凝面也是由镀镍铜制成，主要吸附N2, O2, Ar, CO2, and CO 。
• 最底层的活性炭主要吸附H2, He, and Ne 。
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冷泵的再生
• 冷泵的冷头经过长时间的气体吸附，吸附能力也会逐渐下降。 • 这个时候就需要对冷泵进行再生。 • 再生的方式是用加热的氮气对冷泵内部进行90分钟的吹扫。冷头上吸
11罗茨鼓风机工作原理图转子进气口内壁排气口12分子泵turbomolecularpump13分子泵工作原理图密封圈进气口固定片转子电机电机轴冷却水通道支持端口水供应返回口转子固定片旋转方向流动方向返扩散142019912可编辑修改15cryopump16冷泵构造图tc计车载控制器二级管连接器置换剂80k阵列氦回港氦自动入港口再生氮前级管道连接辅助tc计电源连接器减压阀进气口15k阵列17压缩机构造油的视线玻璃前面供水口回水口低温泵开关低温泵电源连接器输入电源连接器充氦气的拟合手动充气阀氦返回压力表氦气供应端口氦回港供应压力安全阀安全阀回座压力差示压力救济阀压力切断阀电气控制机箱吸附器18冷泵工作原理以氦气作为制冷剂即热量载体
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3
气体流动的种类
气体的流动条件会随着压力的减小而改变，气体的流动种 类分为三种：湍流、层流和分子流。
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4
气体流动图示
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粘性流动 粘性层流
分子流
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常用真空单位：Torr, bar, Pa, atm（kgf/cm2），
psi(磅/平方英寸)
一个大气压 = 766 Torr = 1bar = 14.5psi = 105Pa
真空理论基础知识
实验十 真空的获得与测量实验目的 1．学习高真空的获得与测量方法。
2．熟悉有关设备和仪器的使用方法。
实验仪器高真空装置，机器泵，扩散泵，复合真空计，检漏仪。
实验原理 真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用。
真空技术主要包括真空的获得、测量和检查漏气等方面的内容。
1．高真空的获得获得真空用真空泵。
真空泵按工作条件的不同分为两类：能够在大气压下工作的真空泵称为初级泵（如机器泵），用来产生预备真空，需要在预备条件下才能工作的真空泵称为次级泵（如扩散泵），次级泵用来进一步提高真空度，获得高真空。
（1）机器泵 一般采用油封转片式机器泵，其结构如图3－10－1所示，在圆柱形气缸（定子）内有偏心圆柱作为转子，当转子绕轴转动时，其最上部与气缸内表面紧密接触，沿转子的直径装有两个滑动片（简称滑片），其间装有弹簧，使滑动片在转子转动时与气缸内表面紧密接触，当转子沿箭头所指方向转动时，就可以把被抽容器内的气体由进气管吸入而经过排气孔，排气阀排出机械泵。
为了减少转动摩擦和防止漏气，排气阀及其下部的机械泵内部的空腔部分用密封油密封。
机械泵用的密封油是一种矿物油，要求在机械泵的工作温度下有小的饱和蒸汽压和适当的粘度，机器泵的极限真空度一般在10－2～10－4mmHg ，抽气速率一般为每分钟数十升到数百升。
（2）扩散泵 一般多采用油扩散泵，其结构如图3－10－2所示，扩散泵是高真空泵，当机器泵的极限真空度不能满足要求时，通常加扩散泵来获得高真空。
这种泵不能从通常气压下开始工作，只能在低于1Pa气压下才能工作。
因此，必须与初级泵串联使用。
油扩散泵使用的工作液体有许多种，目前广泛使用的是274号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－7 Pa ）和275号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－8 Pa ）。
在扩散泵开始工作之前，必须先开动机器泵抽气，等达到预备真空时（约1.3 Pa ），便可以使用电炉对蒸发器中的硅油进行加热。
真空技术基础知识
真空技术基础知识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⼆真空范围从技术⾓度讲已经可以达到10-14的数量级,但实际应⽤中使⽤范围较⼩.三真空的表⽰⽅法1)绝对值表⽰法真空度以相对于绝对0度的数值表⽰.绝对0度(即0 bar)是最低真空度,相当于100%真空.在这⼀真空范围特点：真空值采⽤正值真空范围1-0bar2)相对值表⽰法真空值以相对于环境压⼒的⽐例值表⽰，前⾯标以负号，因此此真空值环境压⼒（即⼤⽓压⼒）北视为特点：真空值采⽤负号真空范围0-1；3)百分⽐表⽰法⽤绝对⼤⽓压压⼒值与海平⾯⼤⽓压压⼒值的⽐值表⽰；百分⽐相对值绝对值0%1，013mbar（海平⾯⼤⽓压）压⼒表压⼒表恒温下,所含分⼦微粒少,压⼒⼩,真空度越⾼恒温下,所含分⼦微粒多,压⼒⾼,真空度越低105102GV(低真空)FV(中等真空)10-1HV(⾼真空)10-5UHV(超⾼真空)10-14应⽤于抓取技术的真空范围;真空技术基础知识50%507mbar80%202mbar 100%0 mbar 四真空度测量单位官⽅单位：帕斯卡（Pa）其他单位：bar、mbar、%等单位换算：1bar＝1000mbar100Pa=1hPa1hPa=1mbar1托(Torr)＝1毫⽶汞柱(mmHg)＝133.329帕(Pa) 1mbar=0.001bar1Pa =1N/m21物理⼤⽓压＝1标准⼤⽓压(atm)普适定理海平⾯的⼤⽓压⼒约为1，013mbar海拔⾼度达到2，000m时，⼤⽓压⼒降低为763mbar，⼤约每100m降低1%到达海拔5，500m时，压⼒仅为海平⾯的50%；在珠穆朗玛峰（海拔8，848m），⼤⽓压仅为330mbar当海拔达到16，000m时，⼤⽓压⼒约为90mbar，⽽在30，000与50，000的海拔⾼度，⼤⽓压⼒分真空发⽣器产⽣真空原理⽂丘⾥原理进⽓⼝/⽂丘⾥喷嘴真空/吸盘连接⼝排⽓⼝/接收器喷嘴真空技术常⽤图⽰符号1⼯程⼤⽓压＝1千克⼒/厘⽶2(kgf/cm2)1MPa＝1x106Pa 1mbar＝1000µbar＝1000dyn/cm2( 达因/厘⽶2)-811 mbarPU R 321123-1,013mbar1、真空发⽣器2、真空压⼒表3、过滤器4、单向阀5、储⽓罐7、节流阀8、消声器基本真空回路图真空安全阀（ISV)⼀、应⽤范围⽤于多个吸盘并⾏安装的情况，如果⼀个或⼏个吸盘没有与物体完全接触，则整个真空不会消失⼆、功能图1、真空发⽣器2、分配器3、真空安全阀4、吸盘1121223三、⼯作原理4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这⼀真空范围内1 bar为最⼤值,代表⼤⽓压⼒.压⼒）北视为0值参考点。
《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。
真空技术基础讲解学习
排气管等组成。定子两端被密封形成一个密封的
泵腔。泵腔内，偏心地装有转子，实际相当于两
个内切圆。沿转子的轴线开一个通槽，槽内装有
两块旋片，旋片中间用弹簧相连，弹簧使转子旋
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转时旋片始终沿定子内壁滑动。
机械泵的抽气原理
机械泵的结构
罗茨（Roots)真空泵(无油泵)
工作原理：
泵体内两个呈8字型的转子以相反的方向旋转， 转子的咬合精度很高，且转子间，转子与泵体间无 需油作密封，转速高，抽速快。
现代的有扩散泵
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今天的真空技术，已能获得和测量从大气压（105pa ）到10-13pa，压力范围达18个数量级，并随着某些新 应用的开拓而要求一步步地接近“理想真空”。
今天的真空技术： 105pa～ 10-13pa
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真空技术的应用领域
电子技术、航空航天技术、加速器、表面物理、微电子 、材料科学、医学、化工、冶金、日常生活等各个领域 。 （电子管、电视管、加速器、电子显微镜、镀膜、杜瓦绝 热）
真空技术基础
真空 （VACUUM）
“真空”这一术语译自拉丁文Vacuo，其意义是虚无。 真空应理解为气体较稀薄的空间。在指定的空间内，低于 一个大气压力的气体状态统称为真空。 自然真空：宇宙空间所自然存在的 人为真空：人类利用真空泵抽取所获得的 绝对真空：完全没有气体的空间状态 相对真空：气体稀薄，分子数较少的状态
（a）进气
（b）隔离
（c）压缩 （d）排气
高真空用真空泵
高真空泵分为两类 （1）转移动量给气态分子而抽吸气体
扩散泵 （vapour pump） 分子泵 (turbo pump)
（2）俘获气体分子
冷泵 （Cryo Pump） 离子泵 （Ion pump）
真空基本知识
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2、真空获得
☞ 离子泵（Ion Pumps）
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2、真空获得
工作原理：
高压阴极发射出的高速电子与残余 气体分子相互碰撞后引起气体电离放电， 而电离后的气体分子在高速撞击Ti阴极 时又会溅射出大量的Ti原子。由于Ti原 子的活性很高，因而它将以吸附或化学 反应的形式捕获大量的气体分子并使其 在泵体内沉积下来，从而在真空室内造 成无油的高真空环境。
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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：
极限真空度： 10-6 Pa左右。 优点：极限真空度高，抽速很大。 缺点：油蒸气回流，污染。 工作状态：
不能与大气直接相连，使用油扩散 泵之前，需要采用各种形式的机械泵将 系统预抽至1Pa以下。
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2、真空获得
☞ 涡轮分子泵
Turbo Molecular Pumps
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2、真空获得
工作原理：
涡轮分子泵的转子叶片具有特定的 形状，在它以20000～30000r/min的高速 旋转时，叶片将动量传给气体分子，同 时，涡轮分子泵中装有很多级叶片，上 一级叶片输送过来的气体分子又会受到 下一级叶片的作用而被进一步压缩至更 下一级。像油扩散泵一样，也是靠对气 体分子施加作用力，并使气体分子向特 定的方向运动的原理来工作的。
3 109 s
3 104 s 10 h
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1.2 稀薄气体性质
真空基础知识
一、真空基础什么是真空按气体压强大小的不同，通常把真空范围划分为：低真空10E5~10E2 Pa中真空10E2~10E-1 Pa高真空10E-1~10E-5 Pa超高真空<10E-5 Pa道尔顿分压定律相互间不起化学作用的混合气体的总压力等于组成它的各种气体成分的分压力之和。
P=P1+P2+…+P n每种气体成分的分压力：指在与混合气体的温度和体积相同，并且与混合气体中所含的这种气体的量完全相等的条件下，该种气体单独存在时的压力。
真空的获得真空泵是利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备，即用各种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置。
真空泵包括干式螺杆真空泵、水环泵、往复泵、滑阀泵、旋片泵、罗茨泵和扩散泵，分子泵等，真空泵的一个基本指标是抽速S，定义为：S=Q/P其中p为真空泵入口处的气压，Q仍为单位时间内通过该处的气体流量。
真空泵的另一个技术指标是它能够提供的极限真空度。
对于一个真空系统来说，其能够达到的极限真空度不仅取决于真空泵，还取决于正真空系统，包括系统的气体泄漏程度，系统的容积，以及管路的流导。
干式螺杆真空泵（SP630）干式螺杆真空泵，是利用一对变螺距的螺杆，在泵壳中作同步高速反向旋转而产生的吸气和排气作用的抽气设备，两螺杆经精细动平衡校正，由轴承支撑，安装在泵壳中，螺杆与螺杆之间都有一定的间隙，因此泵工作时，相互之间无摩擦，运转平稳，噪音低，工作腔无需润滑油，因此，干式螺杆泵能抽除含有大量水蒸汽及少量粉尘。
由于螺杆制成变螺距结构，与等螺距结构相比，极限真空更高，而消耗功率更低，具有节能，免维修等优点。
旋片泵（SV750B）工作原理：依靠放置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，然后排除泵体外的。
说明：为了提高气体的密封效果，防止气体回流，旋片式机械泵的运动部件之间只有很小的配合间隙，并且在泵体内还利用油来作为运动部件间的密封物质。
真空常识介绍PPT课件
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一个标准大气压
为了确保标准大气压是一个定值，1954年第十届国际 计量大会决议声明，规定标准大气压值为
1标准大气压＝101325 Pa（牛顿／米2 ）
1标准大气压=760mmHg=760(Torr) =1.013x105 Pa≈105 Pa
由于温度和海拔高度的影响，地球上不同纬度、不同季节的大 气压是不一样的。 通常我们日常生活的大气状态是一个比较接 近1标准大气压的环境 离地表越远的高度，空气越稀薄气压也就越低
罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外， 还取决于前级泵的极限真空 由于以上特点罗茨泵时常被串连使用
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3、油扩散泵
工作原理是： 油蒸发—喷射—凝结
由于射流具有工作过程高流速 (约200米/秒)、高密度、高分 子量(300—500)，故能有效地 带走气体分子
图中左边部分表示出高速定 向的油蒸气流，右边部分表 示了气体分析扩散压缩的过 程
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3、高真空（10-1～10-5 Pa）
分子间相互碰撞极少，分子与器壁间碰撞频繁，分子 密度很小。
此时，利用气体分子密度小任何物质与残余气体分子 的化学作用微弱的特点进行真空冶炼、真空镀膜和真空器 件生产。 主要应用：
真空镀膜 稀有金属、超纯金属、合金和半导体材料的真空熔炼 纯金属的真空蒸馏精炼、放射性同位素蒸发 难熔金属的真空烧结、半导体材料的提纯和晶体制备 光电管、离子管、电子显微镜、激光器等设备的制造 电子束除气、焊接、区域熔炼、加工等
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1、旋片机械泵
常见的机械泵有旋片式、定 片式和滑阀式等。旋片式的噪声 小，运行速度高，被广泛应用在 真空镀膜机上。
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第七单元 真空技术7-0 真空技术基础知识“真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。
真空的发现始于1643，那年托利拆利（E.Torricelli ）做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。
此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa 的极高真空。
在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。
一、真空物理基础 1． 真空的表征表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。
单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。
在SI 单位制中，压强单位为 牛顿/米2（N/m 2）：1牛顿/米2=1帕斯卡（Pascal ）， （7-0-1）帕斯卡简称为帕（Pa ），由于历史原因，物理实验中常用单位还有托（Torr ）。
1标准大气压（atm ）=1.0135×105(Pa)，1托=1/760标准大气压 （7-0-2） 1托=133.3帕斯卡习惯采用的毫米汞柱（mmHg ）压强单位与托近似相等（1mmHg=1.00000014）托。
各种单位之间的换算关系见附表7-1 2． 真空的划分真空度的划分（不同程度的低气压空间的划分）与真空技术的发展历史密不可分。
通常可分为：低真空（Pa 10~1013-）、高真空（Pa 10~1061--）、超高真空（Pa 10~10-10-6）和极高真空（低于Pa 1010-）。
20世纪70年代进一步提高到的宽达20个数量级的真空度范围，并随着某些新技术、新材料、新工艺的应用和开拓，将进一步接近理想的真空状态。
3． 描述真空物理性质的主要物理参数（1）分子密度：用于表示单位体积内的平均分子数。
气体压强与密度的关系为nkT p = （7-0-3）其中n 为分子密度，k 为玻耳兹曼常数，T 为气体温度。
（2）气体分子平均自由程：平均自由程是指气体分子在连续两次碰撞的间隔时间里所通过的平均距离。
对同一种气体分子的平均自由程为pkT 22πσλ=（7-0-4）其中σ为分子直径。
由（7-0-4）式可知，气体分子的平均自由程与气体的密度n 成反比因而它将随着气体压力的下降而增加。
在气体压强低于0.01Pa 的情况下，气体分子间的碰撞几率已很小，气体分子的碰撞主要是其与容器器壁之间的碰撞。
（3）单分子层形成时间：指在新鲜表面上覆盖一个分子厚度的气体层所需要的时间。
一般，真空度越高，干净表面吸附一层分子的时间越长，从而可较长时间地维持一个干净的表面。
单位表面积上气体分子的吸附频率ν与压强p 的关系为s cm /105.3222⋅⨯=分子p MTν （7-0-5）式中M 和T 分别为气体分子的分子量（单位：g ）和温度（单位：K ），在高真空，例如610-=p Torr 时，对于室温下的氮气，()s cm /105.4214⋅⨯=分子ν，如果每次碰撞均被表面吸附，按每平方厘米单分子层可吸附14105⨯个分子计算，一个干净的表面只要1秒多钟就被覆盖满了一个单分子层的气体分子；若在超高真空1010-=p Torr 或1110-Torr ，由同样的估算可知干净表面吸附单分子层的时间将达几小时到几十小时之久。
所以超高真空技术经常应用于集成电路的生产工艺和科学研究等方面。
二、真空的获得用来获得、改善和维持真空环境的装置简称为真空泵。
按照真空泵的工作原理可分为二类：一类是“排气”型或称“压缩”型真空泵。
这类真空泵是利用其内部的各种压缩机构将被抽容器中的气体压缩到排气口方向，排入大气中。
例如，旋片式机械泵、增压泵、油扩散泵以及涡轮分子泵等。
另一类称为“吸附”型真空泵。
这类真空泵是在封闭的真空系统中利用各种物理或化学表面（吸气剂）吸气的方法将被抽空间的气体分子吸附在固体表面上。
例如吸附泵、溅射离子泵、钛升华泵及低温泵。
真空泵若按应用范围分，则有低真空泵（包括中真空），例如旋片式机械泵、增压泵及吸附泵等；高真空泵（包括超高、极高真空），例如油扩散泵、涡轮分子泵、离子泵及低温泵等。
真空泵常用的两个重要参量是：（１）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）抽气速率，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，单位为升／秒。
1．机械真空泵机械真空泵按改变空腔容积方式分，有活塞往复式、定片式和旋片式等。
它的工作原理是建立在理想气体的波意尔-马略特定律基础之上，即RT PV =（P 为压强，V 为容器体积，T 为绝对温度，R 为常数），在等温过程中，一个容器内的体积和压强的乘积等于常数。
这样，只要使容器的体积在等温条件下不断扩大，就可不断降低容器的压强。
图7-0-1是常用的旋片式机械真空泵的结构图，其工作过程如图7-0-1所示。
7-0-1旋片式机械真空泵当转子逆时针转动时，开始处于图7-0-2（a ）的位置，由进气口进入转子与定子之间部分空腔III 的体积不断扩大，而出气口与转子、定子间的部分空腔I 体积不断缩小，如图7-0-2（b ）；空腔I 内的体积继续被压缩，当压强大到足以推开排气阀时，气体被排出泵外；空腔II 继续传送被隔离气体，空腔III 继续抽气。
转子转到图7-0-2（c ）时，空腔I 排气即将结束，空腔II 即将与排气口相通，开始压缩排气过程；空腔III 继续抽气。
转子到图7-0-2（d ）的位置时，又开始重复上述过程。
机械泵具有结构简单，工作可靠的优点，机械泵可以从大气压开始进行工作，不仅可单独使用，常用来获得高真空系统的前级泵，以获得更高的真空度。
机械泵一般所能达到的极限真空约为10-2Pa,但在一般实验室情况下只能达到100-10-1Pa 。
2．油扩散泵油扩散泵是常用的获得高真空的设备，扩散泵不能直接在大气压下工作，需要在机械泵产生的低真空条件下工作，图7-0-3为常用的油扩散泵的工作原理图。
泵的上部为进气口，泵的底部为蒸发器，用来贮存硅树脂类扩散泵油(简称硅油)或其它专用的扩散泵油。
当加热炉加热槽中的硅油，油蒸汽流沿管筒上升，从伞形喷嘴（三个或四个）向下高速喷出，带动气体分子，使它自上而下作定向流动，气体被迫向排气口方向运动，而被排气口的机械泵抽走，扩散泵的名称也由此而来。
油蒸汽碰到有冷却水管冷却的泵壁上冷凝，油分子被冷凝为液态，沿着泵壁流回蒸发器继续循环使用，这样周而复始，从而达到连续抽气。
为了提高扩散泵的极限真空，扩散泵内通常有3至4个串联的喷嘴，如图7-0-3所示的是由铝合金材料制成的3个喷嘴的3级扩散泵的结构示意图。
一般油扩散泵的极限真空为10-4～10-5Pa 。
油扩散泵的一个缺点是泵内的油蒸汽的回流容易造成真空系统的污染。
由于这个原因，在材料表面分析仪器和其他超高真空系统中一般不采用油扩散泵。
使用油扩散泵时应注意几点：（1）不能在断水时使用。
油扩散泵工作时冷却水的作用很大，若水冷作用不够，就会使泵油的循环作用减弱、油蒸汽压提高而妨碍其工作。
（2）应选择适当的加热功率。
加热功率过低，油蒸汽无法形成，泵不能工作；加热功率过高，使油蒸汽过热甚至分解，大大降低其性能。
（3）要保证其预备真空和前级真空，尽量避免大气冲入油扩散泵。
冷却水进气口排气口接机械泵加热炉 冷却水真空油喷油嘴 图7-0-3 三级油扩散泵（4）油扩散泵停止使用时，需待工作油液冷却后才能关闭前级泵和冷却水，如有可能，将扩散泵始终保持在真空下为好，以免工作油液氧化、裂解，使得蒸汽压提高，泵的极限真空降低。
如发现泵的极限真空达不到要求，可将泵拆去，倒去旧油，严格清洗并烘干，再换以新的工作油液。
3．涡轮分子泵涡轮分子泵是适应现代真空技术对于无油高真空环境的要求而产生的一种高真空泵。
与油扩散泵一样，涡轮分子泵也是对气体分子施加作用力，并是气体分子向特定的方向运动的原理来工作的。
如图7-0-4所示，涡轮分子泵的转子叶片具有特定的形状，在它以20000-30000r/min 的高速旋转时，叶片将动量传给气体分子。
同时，涡轮分子泵中装有很多级叶片，上一级叶片输送过来的气体分子又会受到下一级叶片的作用而被进一步压缩至更下一级。
因此，涡轮分子泵的一个特点是其对一般气体分子的抽除极为有效。
例如对于氮气，其压缩比（即泵出口的压力与入口的压力之比）可以达到109。
但是，涡轮分子泵抽取低原子序数气体的能力较差。
例如对氢气，其压缩比仅有103左右。
由于涡轮分子泵对于气体的压缩比很高，因而其油蒸汽的回流可以完全忽略。
涡轮分子泵的极限真空可以达到10-8Pa 数量级，抽速可达1000L/s ，而适用的压力范围在1-10-8Pa 之间。
因而，在使用中多用旋片式机械泵作为前级泵。
使用涡轮分子泵应注意的几点：（１）涡轮分子泵不能先于前级泵（机械泵）启动，停机后应立即放气，以防机械泵反油；（２）及时加注和更新润滑油，分子泵被污染时，要及时清洗；（３）涡轮分子泵使用时，应避免剧烈振动，要求防止电磁干扰和强放射性辐射。
三、真空的测量测量真空度的仪器称为真空计。
能直接测得真空度的称为绝对真空计，如以水银柱面的高度差来测真空度的麦克劳真空计即属此类。
绝对真空计操作复杂，一般不易连续测量，常用作计量的基准。
通常使用的是相对真空计，即通过测量与真空度有关的物理量来间接地测量真空度，这种测量真空度的压强传感器称为真空规，与各种真空规相配套的真空仪都属于相对真空计，他们使用比较方便，但准确度较低而且各自的测量范围有限，而且需要用绝对真空计校准。
由于真空度覆盖了十几个数量级的范围，一种真空计难以测量如此宽范围的真空度，因此，常用不同的相对真空计来测量不同的真空度。
每一种真空计都只能测量一定范围的真空度，各种真空计结合起来完成全范围内的真空度的测量。
1．热偶真空计热偶真空计是常用的测量低真空的相对真空计，它由热偶规管和与之图7-0-5 热偶规真空计定子转子轴承 电机电连接端 级间法兰 抽气口 图7-0-4 涡轮分子泵结构示意图配套的测量电路构成，图7-0-5热偶规管的结构图。
规管上端与要测的低真空相通，ao 和ob 分别为康铜和镍铬丝组成的热电偶，cod 为由铂丝制成的加热用灯丝，加热电流由与c 和d 相联的导线从管脚通入，热电偶的热端o 与灯丝的中部相焊接，灯丝通过加热电流时，使热端温度达到100℃以上，热偶的冷端a 、b 所处的温度基本相同，并由导线从管脚引出，与测量温差电动势的测量仪器相联，测量仪器还提供稳定的灯丝加热电流(丝流).在灯丝加热电流保持一定的条件下，灯丝(即热电偶的热端)的热平衡温度取决于规管所处的真空度：真空度越高，规管内单位体积的气体分子数越少，气体导热性能越差，灯丝和热电偶热端的热平衡温度越高，热电偶冷热两端的温度差越大，温差电动势也就越大，这样由热电偶的温差电动势的大小可间接测出真空度，因为两者的关系很难通过理论计算得到，因此，一般要将热偶真空计用绝对真空计校准。