真空技术.ppt

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（1）真空的基本特点
在真空中，气体分子密度低，在某些情况 下，真空可以近似地看作没有气体“污染” 的空间。真空中，气体分子或带电粒子的平 均自由程为：
kT 2 2 p
其中为分子直径，p为压强，T为气体温度， k为玻耳兹曼常数。
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例如室温下氮分子的平均自由程在 压强为 109Torr 时将长于50km。电子 和离子在气体中的平均自由程分别时气 体分子平均自由程的 5.66 和 1.41 倍。 因此除非在宇宙空间，几乎所有地面上
真空技术
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引言
“真空”这一术语译自拉丁文Vacuo，其意义 是虚无。其实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。真空状态下气体稀薄程度称为真空 度，通常用压力值表示。
真空技术是基本实验技术之一。自从1643年
托里拆利(E. Torricelli)做了著名的有关大气压力
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因此超高真空可以提供一个“原子 清洁”的固体表面，可有足够的时间对 表面进行实验研究。这是一项重大的技 术突破，它导致了近二十年来新兴不明 科学研究的蓬勃发展。无论在表面结构、 表面组分及表面能态等基本研究方面， 还是在催化‘腐蚀等应用研究方面都取 得长足的发展。
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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规定。
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1标准大气压(1atm)≈1.013×105Pa(帕) 1Torr≈1/760atm≈1mmHg 1Torr≈133Pa 我国真空区域划分为：粗真空、低真空、 高真空、超高真空和极高真空。
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真空技术在二十世纪得到迅速发展，并有
广泛的应用。二十世纪初，在真空获得和测量 的设备方面取得进展，如旋转式机械泵，皮氏 真空计，扩散泵，热阴极电离真空计的发明， 为工业上应用高真空技术创造了条件．接着， 油扩散泵，冷阴极电离真空计的出现使高真空 的获得及测量取得一大进展．五十年代，真空 技术进入超高真空时代，发明了B-A规，离子 泵，涡轮分子泵．近二十年来，高能加速器， 受控热核反应装置、空间技术，表面物理，超 导技术笋，对真空技术提出了更新，更高的要 求，使真空技术在超高真空甚至极高真空方面 迅速发展．
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在普通高真空，例如106Torr 时，对于 室温下的氮气，v 4 41014分子 / cm2 s ， 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51014个分子计算，
一个“干净”的表面只要一秒多钟就被
覆盖满了一个单分子层的气体分子：而 在超高真空P 1010Torr 1或011Torr 时，由 同样的估计可知“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。
实验，发现了真空现象以后，真空技术迅速发展。
现在，真空技术已经成为一门独立的前言学科。
它的基本内容包括：真空物理、真空的获得、真
空的测量和检漏、真空系统的设计和计算等。随
着表面科学、空间科学高能粒子加速器、微电子
学、薄膜技术、冶金工业以及材料学等尖端科技
的发展，真空技术在近代尖端科学技术中的地位
20越20-1来1-16越重要。
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实验目的
（1）掌握真空获得和测量的方法． （2）掌握真空镀膜的方法。
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实验原理
1.低真空的获得
获得低真空常采用wenku.baidu.com械泵，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1.33~1.33×10-2Pa，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。
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粗真空
1 013105 ~ 1333103 Pa
低真空
高真空
1333103 ~ 1333101 Pa 1333101 ~ 1333106 Pa
超高真空 1333106 ~ 13331010 Pa
极高真空 13331010 Pa
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（3）真空测量方法
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超高真空的这一特点还为得到超纯 的或精确掺杂的镀膜或分子束外延生长 晶体创造了必要的条件，这促进了半导 体器件、大规模集成电路和超导材料等 的发展，也为在实验室中制备各种纯净 样品（如电子轰击镀膜、等离子镀膜、 真空剖裂等）提供了良好的基本技术。
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（2）真空度的单位与区域划分
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（4）真空技术的发展及应用
十九世纪初，利用低真空产生压力差的原 理发明了真空提升、真空输送、吸尘、过滤、 成形等技术。1879年爱迪生发明白炽灯，抽出 灯泡中化学成份活泼的气体(氧、水蒸汽等)， 防止灯丝在高温下氧化．同年，克鲁克斯发明 阴极射线管，第一次利用真空下气体分子平均 自由程增大的物理特性．后来，在电子管、电 视管、加速器、电子显微镜、镀膜、蒸馏等方 面也都应用了这一特性．1893年发明杜瓦瓶， 这是真空绝热的首次应用．
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。
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由于上述原因，真空中分子之间碰撞频率 很低，分子与固体表面碰撞的频率极低。单位
面积上气体分子碰撞频率ν与压强p的关系为：
3.5 10 22 p
MT
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）。
测量低于大气压的气体压强的工具称为真 空计。真空计可以直接测量气体的压强，也可 以通过与压强有关的物理量来间接地测量压强。 前者称为绝对真空计，后者称为相对真空计。 按照真空计的不同原理与结构可以分为：静态 变形真空计、压缩式真空计、热传导真空计、 电离真空计、气体放电真空计、辐射真空计等。
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