真空技术(vacuum technique)

真空系统
真空系统应满足下列基本要求：
• 2、有较大的有效抽速 • 3、具有适宜的气氛 • 4、此外，真空系统还要求结构简单、牢靠、操作维修方 便、价格便宜等。
真空系统
真空系统的材料
• 真空系统所用的材料，大致可分为结构材料和辅助材料 两类。结构材料是构成真空系统主体的材料，它将真空 与大气隔开，承受着大气的压力，一般是金属和玻璃。 辅助材料通常是指弹性体、绝缘体和真空油脂等。
真空的应用
利用真空与地面大气的压力差，可以输运流体、吸尘等。 利用真空中气体分子密度小的特征，可以制造各种电真 空器件如电光源 、 电子管等 。 真空环境有利于某些金 属的焊接、熔炼，某些低熔点金属如Mg、Li、Zn等的分 馏、纯化，以及某些活性金属如Ca、Li、Cs等的氧化物 还原，真空环境(1～10-1Pa)下的低温脱水，真空干燥已 成功地用于浓缩食品、奶粉，制造血浆等。同位素分离， 大规模集成电路的加工，镀膜等也都需要在真空环境下 进行。在科学研究中，例如表面物理实验，各种加速器、 聚变反应和空间环境模拟等都离不开真空。
真空的测量
电离真空规
• 其测量真空度的基本原理是，电离真空规管与真空体系 连接，测量时通电后规管灯丝发射电子，这些电子在带 正电压的栅极作用下高速向收集极运动，在运动过程中 撞击气体分子使它们电离。这样形成的离子流与体系中 气体分子的浓度成正比。因此，由离子流的大小可知气 体的压强。电离真空规的应用范围一般为 0.1333~1.33310-7Pa（10-3~10-9Torr）。
真空系统
操作注意事项
• 操作中需要尽可能避免或减少油蒸汽的污染，使真空系 统经常处于清洁、良好的状态，严格操作规程，防止故 障发生。 • （1）泵工作液的选择 • （2）设计机构的考虑 • （3）定期维护吸附阱 • （4）控制预抽压强减少机械泵油蒸汽的返流 • （5）气体净化 • （6）供给冷阱液时呀把气阀打开，放出温度较高的气体 以防冷阱温升，释放出已吸附的蒸汽物质。 • （7）定期检查机械泵油的油位，防止油量不足而降低泵 的性能 。 • （8）停机后要对机械泵放气，防止回油。
真空技术
真空的获得 真空的测量 真空的应用 真空系统
真空的获得
真空泵
• 为了使体系形成真空就必须将其中的气体排出或使气体 分子不再能在体系内自由运动。因此，形成真空的方法 有两类：①应用机械的装置将体系中的气体抽出；②利 用吸气剂、捕集器等将体系中气体吸附。前者所用的装 置常称之为抽气机、真空泵。有一种真空泵能将气体的 压力从1.013105Pa（1atm）下降到一定的不太高的真空 度，这种真空泵称为“前级泵”。另一种泵则只能从较 低的真空度抽气至高真空度，这种真空泵称为“次级 泵”。因此，欲达较高真空度常要将“前级泵”和“次 级泵”“接力”使用。
电离真空规
a粒子电离真空规 冷阴极电离真空规 热离子电离真空规 B-A型电离真空规 磁控电离真空规
1.33310-2 – 1.333104 Pa (10-4 – 100Torr) 1.33310-4 – 1.333 Pa (10-6 – 10-2 Torr) 1.33310-6 – 0.1333 Pa (10-8 – 10-3 Torr) 1.33310-9 – 0.1333 Pa (10-11 – 10-3 Torr) 1.33310-10 – 0.1333 Pa (10-12 – 10-3 Torr)
真空的获得
真空泵在真空系统中所承担的工作任务
• 由于各种真空泵的性能除均能满足对容器进行抽真空的 共同点之外，尚具有不同之处。因此在选用时必须明确 泵在真空系统中所承担的工作任务是十分重要的，泵在 各种不同工作领域中所起的作用归纳起来主要有如下几 个方面:
真空的获得
真空泵在真空系统中所承担的工作任务
真空系统
真空系统概念
• 真空系统是由真空泵、真空计、真空阀门、冷阱及真空 管道等组合而成的，是具有所需抽气功能的装置。
真空系统
真空系统应满足下列基本要求：
• 1、应能达到一定的极限真空和工作真空。 极限真空是指系统无漏气时所能达到的最低压强，它是 真空系统的一个重要性能指标。一般说来，极限压强越 低的真空系统越好。工作真空是进行某种工艺过程时所 能维持的真空。在工艺处理过程中，往往要放出大量的 气体，因此工作真空低于系统的极限真空。
表F1 真空规及其测量范围 测量范围 真空规 汞压力计 油压力计 热偶规 皮拉尼（Pirani）规 麦氏真空计 1.333102 – 1.333105 Pa (1 – 1000Torr) 3.999 – 1.333103 Pa (0.03 – 10 Torr) 0.1333 – 3.999102 Pa (10-3 – 3Torr) 1.33310-2 – 0.3999102 Pa (10-4 – 0.3Torr) 1.33310-3 – 1.333102 Pa (10-5 – 1Torr)
1）在系统中做主泵
所谓主泵就是对真空系统被抽容器直接进行抽真空，以获得满足工 艺要求所需真空度的真空泵
。
2）粗抽泵
粗抽泵是指从大气压开始降低真空系统压强达到另一抽气系统可以 开始工作的真空泵。
3）前级泵
前级泵是指用于使另一个泵的前级压强维持在其最高许可的前级压 强以下的真空泵。
真空的获得
真空泵在真空系统中所承担的工作任务
真空系统
真空系统的组装技术
• 真空系统组装质量直接影响到真空系统的性能和产品质 量。最重要的是要求连接处密封好，并有足够的机械强 度。 • 组装的方法有三种：不可拆连接、可拆连接和可动连接。 这三种连接各有特点和用途，要根据具体情况选定。
真空系统
高真空系统
• 利用真空泵、真空技、真空阀门、冷阱、真空室等组成 的且能获得高真空范围压强的系统称为高真空系统，它 的极限压强约为10-6帕。
真空技术（vacuum technique）
2016
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真空划分
真空技术是使气体压强低于地面大气压强的技术。真空 是指压力远小于101.325千帕（kPa）（即1大气压 ）的稀 薄气体空间。在真空技术中除国际单位制的压力单位Pa 外，常以托（Torr）作为真空度的单位。1托等于1毫米高 的汞柱所产生的压力，即1Torr＝133.3224Pa。按气体压 力大小的不同，通常把真空范围划分为： • 低真空1×105 ～1×102Pa， • 中真空1×102～1×10-1Pa， • 高真空1×10-1～1×10-5Pa， • 超高真空1×10-5～1×10-9Pa， • 极高真空1×10-9Pa以下。
真空系统
系统的操作（以扩散泵抽气系统为例）
• 开机前真空系统的所有阀门关闭，系统内处于大气压状 态。 • （1）启动 • 1）开机械泵，正常运转后打开前级管道阀； • 2）通扩散泵冷却水，并调整到适当的流量； • 3）接通扩散泵电源，使泵工作； • 4）向液氮阱注入液氮，将气体排入大气； • 5）关前级管道阀，对小型扩散泵关闭的时间不要超过15 分钟，以免前级管道中压力超过扩散泵的最大反压强， 破坏扩散泵正常工作；
4）维持泵
维持泵是指当真空系统抽气很小时，不能有效的利用主要前级泵。 为此，在真空系统中另配一种抽气速度较小的辅助前级泵来维持主 泵的正常工作或维持已抽空的容器所需的低压的真空泵。
5）粗真空泵或低真空泵
粗、低真空泵是指从大气开始，降低被抽容器的压强后工作在低真 空或粗真空压强范围内的真空泵。
6）高真空泵
高真空泵是指在高真空范围工作的真空泵。
真空的获得
真空泵在真空系统中所承担的工作任务
7）超高真空泵
超高真空泵是指在超高真空范围工作的真空泵。
Байду номын сангаас
8）增压泵
增压泵通常指工作在低真空泵和高真空泵之间，用以提高抽气系统 在中间压强范围的抽气量或降低前级泵抽气速率要求的真空泵。
真空的测量
• 测量低压下气体压强的装置称为真空规或真空计。常用真空规及其 测量范围列于表F1中。在这些真空规中最常用的是麦氏真空计、热 偶规和电离真空计
真空的测量
麦氏真空计
这是实验室最常用的一种绝对真空规，它的测量范围大， 常用于校准其它类型的真空计。利用麦氏真空计测量真 空度的基本原理是：将与真空体系相通的一部分气体加 以压缩，比较压缩前后的体积与压力的变化，依波义耳 定律即可计算出体系的压强。
真空的测量
热偶真空规
• 其工作原理是当气体压强低于13.33Pa（10-1Torr）时气体 的导热系数与压强成正比，导热系数不同热电动势也发 生变化，因而可得到热电势与真空度的关系。这种真空 规的应用范围一般为13.33~0.1333Pa（10-1-10-3Torr）。
真空系统
系统的操作（以扩散泵抽气系统为例）
• 6）打开预抽阀，用机械泵对真空室抽气； • 7）当真空室内压力达到15帕时，关闭预抽阀，打开前级 管道阀。 • 8）打开高真空阀门，用扩散泵和液氮冷阱同时对真空室 抽气，很快可达到系统的本底压强。
真空系统
系统的操作（以扩散泵抽气系统为例）
• （2）停机 • 1）关高真空阀，使真空室和抽油系统隔离； • 2）使冷阱升温，并利用扩散泵抽除冷阱因温生而释放出 来的气体和蒸汽。 • 3）当冷阱温度达到00C或室温时，即可切断扩散泵加热电 源； • 4）当扩散泵冷到约500C时，即可关闭前级管道阀门； • 5）关扩散泵冷却水； • 6）关机械泵电源，并通过放气阀给机械泵放气，防止机 械泵回油。 • 7）扩散泵放气。
真空系统
真空阀门
• 真空阀门是一种用来改变气流方向或控制流量大小的部 件，在真空系统中起着重要作用。
真空系统
真空阱
• 真空阱可分为机械阱、吸附阱和液氮冷阱，在低真空、 高真空系统中都可应用。在低真空系统中主要用来阻挡 和吸附来自机械泵的油蒸汽，防止油蒸汽污染真空系统； 在高真空和超高真空系统常将真空阱置于扩散泵入口的 上方用来吸附和阻挡扩散泵的油蒸汽返流到真空容器， 同时也吸附真空系统中的水和其它物质的蒸汽，以获得 所需要的清洁真空。冷阱是利用低温壁来捕集油蒸汽和 其它蒸汽，其效果取决于冷阱结构和冷剂的温度，温度 越低效果越好。