真空技术基础

(1) 机械泵转子转动方向,必须按泵上规 4
定方向,不能反向。否则会把泵油压入真空系 统。
(2) 由于被抽气体在泵内被压缩，而且压 缩比又大，如气体中含有蒸汽，会因压缩而凝 成液体混人泵油中排不出去。因此，一般机械
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7 6
图 3-1 旋片式机械泵结构
泵不宜用于抽蒸汽，或含蒸汽较多的气体，具 有气镇装置的机械泵，才适于抽含有蒸汽气 体。
真空技术基础
一个标准大气压为 1.0133×105 帕。“真空”是指气压低于一个大气压的气体状态。在 真空状态下，单位体积中的气体分子数大大减少，分子平均自由程增大，气体分子之间、 气体分子与其它粒子之间的相互碰撞也随之减少。这些特点被应用于科研、生产的许多部 门中。例如：加速器，电子器件，大规模集成电路，热核反应，空间环境模拟，真空冶炼 等。在高真空中，由于材料中易挥发物的损失，表面吸附层的变化，物体表面特性也随之 改变。七十年代以来，表面科学的研究一直十分活跃，它不仅有很强的理论性，还有重大 的应用价值。随着科研、生产的发展，获得并保持真空已形成一门相应的技术¾¾真空技 术。它包括：真空的获得、真空测量、检漏、真空系统的设计等。
10-1 ~ 10-6 10-3 ~ 10-8
10-6 ~ 10-12 10-8 ~ 10-14
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扩散泵
超高真空机组
抽气系统
机械抽气机
机械抽气机
分子泵
分子泵
吸附泵
吸附泵，低温泵
U 形管压差计 麦克劳压强计 麦克劳压强计
测量wenku.baidu.com器
压力真空表
电阻真空计
电离真空计 超高真空电离计
热偶真空计
潘宁规
真空区域
帕，几乎有
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10
数量级这样宽的压
强范围。因此通常将真空范围划分为几个区域，不同的真空区域必须用不同的抽气设备和
测量仪器，见表 3-2。
表 3-2 真空区域划分及其特点和应用
真空区域
粗真空
低真空
高真空
超高真空
压强（帕） （托）
105 ~ 103 760 ~ 10
103 ~ 10-1 10 ~ 10-3
真空焊接。 件，粒子加速器。理、超导技术，宇 航技术。
一、真空的获得
1. 机械泵
机械泵是利用机械方法使工作室的容积,周期性地扩大和压缩来实现抽气的。属于这一 类型的有活塞抽气机和旋转抽气机。这是一种低真空泵，单独使用时可获得低真空，在真 空机组中用作前级泵。
旋片式真空泵结构如图 3-1 所示。主要部件为圆筒形定子、偏心转子和旋片。工作原理 如图 3-2 所示。偏心转子绕自己中心 O 轴按箭头所示方向转动，转动中定子、转子在 B 处 保持接触、旋片靠弹簧作用始终与定子接触。两旋片将转子与定子间的空间分隔成两部分。 进气口 C 与被抽容器相连通。出气口装有单向阀。当转子由(a)转向(b)时，空间 A 不断扩大， 气体通过进气口被吸入；转子转到(C)位置，空间 A 和进气口隔开，转到(d)位置以后，气体 受到压缩，压强升高，直到冲开出气口的单向阀，把气体排出泵外。转子连续转动，这些 过程就不断重复，从而把与进气口相连通的容器内气体不断抽出，达到真空状态。
S
S
S
图 3-2 机械泵工作原理
机械泵主要参数为：
(1) 抽气速率（抽速 S）
抽气速率是指当抽气机的进口处在一定压强时，单位时间内流人抽气机的气体体积。 即
S = DV Dt
升/秒 （或升/分）
根据旋片式真空泵的结构，它的抽速可以用两旋片转动一周所扫过的体积 DV 以及转子
的转速 n 来求出。即：
S = nDV
依据真空概念，低于一个大气压的气体状态称为真空。真空度愈高，压强愈低，故用 气体压强表示真空度。我国采用国际单位¾¾帕(Pascal)，以前曾长期使用另一真空度单位 托。压强换算关系见表 3-1。
表 3-1 压强单位换算表
1 标准大气压 (atm)
1 托(Torr) (1 毫米汞柱）
1 帕(pa) （1 牛顿/米 2） 1 工程大气压
机械泵在工作过程中，转子在快速运动，两片旋片在不断伸缩，在定子与转子、旋片
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与定子、旋片与转子各自的接触处都存在磨
擦，同时为了实现相对运动，活动零件相互间
留有一定的公差，即存在着微小间隙。因此整 1
个泵体必须浸没在机械泵油中，才能工作。泵
油起着密封润滑和冷却的作用。
2
10
3
9
机械泵使用注意事项为：
粗真空
低真空
高真空
超高真空
物理现象 能实现气体放电 能实现气体放电
分子密度 n(1/cm3) 平均自由程 l (cm)
d 为容器的
线性尺度
1019 ~ 1016 10-6 ~ 10-3 l << d
1016 ~ 1013 10-3 ~ 5 l»d
1013 ~ 109 5 ~ 104 l>d
< 109 > 104 l >> d
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这一抽速是当进气口处于大气压强时的抽速。是抽气机的最大抽速。抽气机铭牌上给出的 抽速一般指的是最大抽速。
(2) 极限真空度
极限真空度是指被抽容器不漏气，经机械泵充分抽气后所能达到的最高真空度。由抽 气曲线图 3-3 可见，当抽气一段时间后曲线渐趋平直，表示压强不再降低，即到达极限真空。 一般机械泵的极限真空度为 0.1 帕。机械泵的极限真空度取决于以下因素：
标准大气压 1
1.3158×10-3
9.8692×10-6 9.6784×10-1
托 760
1
7.5008×10-3
735.56
帕 1.0133×105
133.32
1
9.8067×104
工程大气压 1.0332
1.3595×10-3 1.0197×10-5
1
目前真空度可达10-12
帕，从一个标准大气压到10-12
分子流
分子运动状态
粘滞流，
粘滞流
分子与器壁
同前
分子间碰撞为主
分子流
碰撞为主
离地面高度(km)
14 ~ 30
30 ~ 90
90 ~ 440
440 ~ 20000
主要应用举例
真空成形、真空输 真空蒸馏、干燥、真空冶金，真空 表面物理、热核反 运、真空浓缩。 冷冻，真空绝热，镀膜，电真空器 应、等离子体、物
1. 滤网 2. 挡油板 3. 真空泵泵油 4. 旋片 5. 旋片弹簧 6. 空腔 7. 转子 8. 油箱 9. 排气阀门 10.弹簧板
(3) 机械泵停机后要防止发生“回油”现
象（为什么会发生回油？）。为此停机后须将进气口与大气接通，也可在机械泵进气口接
上电磁阀，停机时，电磁阀断电靠弹簧作用转向接通大气。