真空常識介紹課件

真空常識介紹真空常識介紹1真空狀態(tài)的定義真空狀態(tài)的獲得真空的應用

2-真空狀態(tài)的定義2-2一、真空的定義什么是大氣壓強

定義：大氣對大氣中的物體所產(chǎn)生的壓強叫做大氣

壓強。簡稱大氣壓或氣壓

地球周圍被厚厚的大氣層包圍著，大氣就象固體、液體一樣也受到重力的作用，因而大氣也能夠產(chǎn)生壓強；而且大氣可以流動，象液體一樣，大氣內(nèi)部向各個方向都有壓強。

3-一、真空的定義什么是大氣壓強3-3一個標準大氣壓

為了確保標準大氣壓是一個定值，1954年第十屆國際計量大會決議聲明，規(guī)定標準大氣壓值為

1標準大氣壓＝101325Pa（牛頓／米2）

1標準大氣壓=760mmHg=760(Torr)=1.013x105Pa≈105Pa

由于溫度和海拔高度的影響，地球上不同緯度、不同季節(jié)的大氣壓是不一樣的。通常我們?nèi)粘Ｉ畹拇髿鉅顟B(tài)是一個比較接近1標準大氣壓的環(huán)境離地表越遠的高度，空氣越稀薄氣壓也就越低

4-一個標準大氣壓4-4馬德堡半球實驗

為了證明大氣壓力的存在，1654年葛利克在德國的馬德堡用兩個直徑為60厘米空心的銅半球緊緊地壓在一起，然后用抽氣機抽掉球內(nèi)的空氣，再各用八匹駿馬朝兩個相反的方向拉這兩個半球。但是無論這16匹馬如何努力，也未能將相互密合的兩個半球分開

這就是舉世聞名的馬德堡半球實驗，而這兩個半球密合起來的空間區(qū)域就是處于一個真空狀態(tài)

5-馬德堡半球實驗5-5什么是真空狀態(tài)

真空是指壓力低于一個標準大氣壓的任何氣態(tài)空間

真空是相對于大氣而存在的一種空間狀態(tài)。即：將某容器內(nèi)的空氣用一些方法除去，使之變成空氣相對稀薄的狀態(tài)。

通常所說的真空并非是任何物質都不存在的“絕對真空”（理想意義上的真空，是完全不存在任何東西的空間）

6-什么是真空狀態(tài)6-6真空狀態(tài)的劃分一般使用真空度來表征真空，真空度的高低又用壓強的大?。≒a、Torr、mmHg）來做表示的為了表明空間氣體稀薄程度的不同，通常將真空狀態(tài)按照真空度劃分為以下幾個段：

1、粗真空：105～103Pa2、低真空：103～10-1Pa3、高真空：10-1～10-6Pa4、超高真空：10-6～10-10Pa5、極高真空：

＜10-10Pa

7-真空狀態(tài)的劃分7-7二、真空的獲得自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存在于宇宙空間人為真空：用真空泵抽掉容器中的氣體1654年，德國物理學家葛利克發(fā)明了真空泵。從此，隨著各種各樣真空泵的不斷發(fā)明，人類就可以依靠它們來抽走密閉空間內(nèi)的氣體，來獲得不同真空度要求的人為真空。

真空泵成為獲得人為真空的關鍵設備

8-二、真空的獲得自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存8-8真空泵抽氣原理及工作范圍

真空泵的主要參數(shù)

抽氣速率：單位時間內(nèi)泵的抽氣能力

極限真空：泵所能獲得的最低壓強

工作范圍：泵能正常工作的壓強范圍S抽速Sm最大抽速

9-真空泵抽氣原理及工作范圍9-9

上表可以看出每一種真空泵都有一個工作范圍，目前沒有任何一種真空泵可以從大氣壓一直工作到接近超高真空的。為此，必須將幾種泵聯(lián)合使用，如機械泵、油擴散泵聯(lián)合的有油系統(tǒng)和吸附泵、濺射離子泵、鈦升華泵聯(lián)合的無油系統(tǒng)

10-上表可以看出每一種真空泵都有一個工作范圍，目前沒有101、旋片機械泵

常見的機械泵有旋片式、定片式和滑閥式等。旋片式的噪聲小，運行速度高，被廣泛應用在真空鍍膜機上。主要結構如右圖所示

機械泵的工作原理是基于玻意耳-馬略特定律的基礎上的

PV＝K（1.1）式其中K是與溫度有關的常數(shù)

11-1、旋片機械泵11-11

右圖表示機械泵轉子在連續(xù)旋轉過程中的四個典型位置。隨著轉子的旋轉，不斷進行吸氣、壓縮和排氣的過程。假設被抽容積為V，初始壓強為P

0,泵內(nèi)空腔體積為△V，旋片轉過半周后，根據(jù)（1.1）式則壓強P

1為P1（V+△V

）＝P0V即N個循環(huán)后

12-右圖表示機械泵轉子在連續(xù)旋轉過程中的四個典型位置12

機械泵的定子和轉子間存在影響抽真空的有害空間,泵的抽速隨著壓強降低而減小。為了減少有害空間的影響通常采用雙級泵，雙級泵右兩個轉子串連而成，其中一個轉子的出氣口為另一個轉子的進氣口，這樣可以將極限真空的單極泵的1Pa提高到10-2Pa

機械泵油的作用非常重要，它起著很好的密封和潤滑作用。泵油基本要求是低的飽和蒸氣壓，一定的粘度和較高的穩(wěn)定性。但是普通機械泵對于抽走水蒸氣等可凝氣體有很大困難。當蒸氣在腔內(nèi)壓縮，壓強達到飽和蒸氣壓時，水蒸氣就開始凝結成水，并與泵油形成一種懸濁液。不僅影響泵油的密封和潤滑，還會造成泵壁生銹。為此在氣體尚未被壓縮前，通過氣鎮(zhèn)閥滲入一定量的氣體來幫助打開排氣閥片，減少水氣的凝結。氣鎮(zhèn)閥在抽氣的起始階段使用不會影響極限真空，但是到了一定程度后繼續(xù)使用就會降低泵可以達到的極限真空

13-機械泵的定子和轉子間存在影響抽真空的有害13

左轉子由0°轉到180°的抽氣過程：在0°位置時（圖a）左轉子從泵入口封入v0體積的氣體。當轉到45°位置時（圖b），該腔與排氣口相通。由于排氣側壓強較高，引起一部分氣體返沖過來。當轉到90°位置時（圖c）左轉子封入的氣體，連同返沖的氣體一起排向泵外。這時，右轉子也從泵入口封入v0體積的氣體。當轉子繼續(xù)轉到135°時（圖d）右轉子封入的氣體與排氣口相通，重復上述過程。轉子主軸旋轉一周共排出四個v0體積的氣體2、羅茨泵

14-左轉子由0°轉到180°的抽氣過程：在0°位置時14羅茨泵的轉子之間、轉子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉速運行且沒有卡住的危險。由于羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故工作時需要前級泵在1Pa左右的壓強范圍內(nèi)其有相當大的抽氣速率，在這范圍內(nèi)機械泵的抽速很小，擴散泵還只剛剛開始工作。羅茨泵可以彌補上述兩種真空泵抽氣速率的脫節(jié)。

羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結構和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空由于以上特點羅茨泵時常被串連使用

15-羅茨泵的轉子之間、轉子與泵殼內(nèi)壁之間，153、油擴散泵工作原理是：油蒸發(fā)—噴射—凝結

由于射流具有工作過程高流速(約200米/秒)、高密度、高分子量(300—500)，故能有效地帶走氣體分子圖中左邊部分表示出高速定向的油蒸氣流，右邊部分表示了氣體分析擴散壓縮的過程

16-3、油擴散泵工作原理是：16-16擴散泵必須和機械泵聯(lián)合工作，才能構成高真空抽氣系統(tǒng)。單獨的擴散泵時沒有抽氣作用的理論上，擴散泵的極限真空取決于泵油的蒸氣壓。而且泵油必須具備很高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性擴散泵油在高溫下接觸一旦大氣非常容易變質。即使時常溫下，長期接觸大氣也會因為吸收水分而降低性能。因此擴散泵內(nèi)應盡量保存良好的真空狀態(tài)擴散泵油易揮發(fā)，因此在進氣口都有擋油的冷阱

17-17-17真空的量測1、熱真空計

測定因溫度變化而引起燈絲電阻變化的真空計，稱為皮拉尼（Pirani）真空計用熱電偶測定溫度變化引起電動勢變化的真空計，稱為熱電偶真空計

測量范圍：102～10-1Pa

2、電離真空計常用的熱陰極電離真空計，通過發(fā)射熱電子使氣體電離后，測出離子流，而離子流僅與壓強成正比由此來測出真空度

測量范圍：10-1～10-6Pa

3、放電管如果在真空室的一個部位接右下圖示的放電管，當用氖變壓器外加6千伏電壓時，就會產(chǎn)生激烈的放電，不同的真空度放電顏色不同。這種廉價方便的真空計，但是只能粗略估計真空度

18-真空的量測18-18三、真空的應用

真空技術被廣泛的應用在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。不同真空狀態(tài)有著不同的應用：1、粗真空（105～102Pa）

氣體性質與常壓相比較，只有分子數(shù)目較少了，沒有氣體分子空間特性的變化，分子間的碰撞依然頻繁。因此這種真空狀態(tài)下，多是利用真空與大氣的壓力差產(chǎn)生的力以及壓力差均勻的原理來實現(xiàn)真空力學的應用。

主要應用：

真空吸引和輸送固體、液體等

真空吸盤起重，真空醫(yī)療器材

真空成形、真空過渡等

19-三、真空的應用真空技術被廣泛的應用在日常生活192、低真空（102～10-1Pa）

氣體分子間、分子與器壁間的相互碰撞不相上下，氣體分子密度變得比較小。此時利用氣體分子密度降低可以實現(xiàn)無氧化加熱；利用氣壓降低時其導熱對流逐漸消失的原理來隔熱、絕緣；利用壓強降低液體沸點也降低的原理實現(xiàn)真空冷凍和干燥主要應用：

真空絕緣和真空隔熱

真空蒸餾藥物、油類和高分子化合物

真空冷凍、真空干燥

真空包裝、儲存

20-2、低真空（102～10-1Pa）20-203、高真空（10-1～10-5Pa）

分子間相互碰撞極少，分子與器壁間碰撞頻繁，分子密度很小。此時，利用氣體分子密度小任何物質與殘余氣體分子的化學作用微弱的特點進行真空冶煉、真空鍍膜和真空器件生產(chǎn)。主要應用：

真空鍍膜

稀有金屬、超純金屬、合金和半導體材料的真空熔煉

純金屬的真空蒸餾精煉、放射性同位素蒸發(fā)

難熔金屬的真空燒結、半導體材料的提純和晶體制備

光電管、離子管、電子顯微鏡、激光器等設備的制造

電子束除氣、焊接、區(qū)域熔煉、加工等

21-3、高真空（10-1～10-5Pa）21-21謝謝

22-謝謝22-22真空常識介紹真空常識介紹23真空狀態(tài)的定義真空狀態(tài)的獲得真空的應用

24-真空狀態(tài)的定義2-24一、真空的定義什么是大氣壓強

定義：大氣對大氣中的物體所產(chǎn)生的壓強叫做大氣

壓強。簡稱大氣壓或氣壓

地球周圍被厚厚的大氣層包圍著，大氣就象固體、液體一樣也受到重力的作用，因而大氣也能夠產(chǎn)生壓強；而且大氣可以流動，象液體一樣，大氣內(nèi)部向各個方向都有壓強。

25-一、真空的定義什么是大氣壓強3-25一個標準大氣壓

為了確保標準大氣壓是一個定值，1954年第十屆國際計量大會決議聲明，規(guī)定標準大氣壓值為

1標準大氣壓＝101325Pa（牛頓／米2）

1標準大氣壓=760mmHg=760(Torr)=1.013x105Pa≈105Pa

由于溫度和海拔高度的影響，地球上不同緯度、不同季節(jié)的大氣壓是不一樣的。通常我們?nèi)粘Ｉ畹拇髿鉅顟B(tài)是一個比較接近1標準大氣壓的環(huán)境離地表越遠的高度，空氣越稀薄氣壓也就越低

26-一個標準大氣壓4-26馬德堡半球實驗

為了證明大氣壓力的存在，1654年葛利克在德國的馬德堡用兩個直徑為60厘米空心的銅半球緊緊地壓在一起，然后用抽氣機抽掉球內(nèi)的空氣，再各用八匹駿馬朝兩個相反的方向拉這兩個半球。但是無論這16匹馬如何努力，也未能將相互密合的兩個半球分開

這就是舉世聞名的馬德堡半球實驗，而這兩個半球密合起來的空間區(qū)域就是處于一個真空狀態(tài)

27-馬德堡半球實驗5-27什么是真空狀態(tài)

真空是指壓力低于一個標準大氣壓的任何氣態(tài)空間

真空是相對于大氣而存在的一種空間狀態(tài)。即：將某容器內(nèi)的空氣用一些方法除去，使之變成空氣相對稀薄的狀態(tài)。

通常所說的真空并非是任何物質都不存在的“絕對真空”（理想意義上的真空，是完全不存在任何東西的空間）

28-什么是真空狀態(tài)6-28真空狀態(tài)的劃分一般使用真空度來表征真空，真空度的高低又用壓強的大?。≒a、Torr、mmHg）來做表示的為了表明空間氣體稀薄程度的不同，通常將真空狀態(tài)按照真空度劃分為以下幾個段：

1、粗真空：105～103Pa2、低真空：103～10-1Pa3、高真空：10-1～10-6Pa4、超高真空：10-6～10-10Pa5、極高真空：

＜10-10Pa

29-真空狀態(tài)的劃分7-29二、真空的獲得自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存在于宇宙空間人為真空：用真空泵抽掉容器中的氣體1654年，德國物理學家葛利克發(fā)明了真空泵。從此，隨著各種各樣真空泵的不斷發(fā)明，人類就可以依靠它們來抽走密閉空間內(nèi)的氣體，來獲得不同真空度要求的人為真空。

真空泵成為獲得人為真空的關鍵設備

30-二、真空的獲得自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存8-30真空泵抽氣原理及工作范圍

真空泵的主要參數(shù)

抽氣速率：單位時間內(nèi)泵的抽氣能力

極限真空：泵所能獲得的最低壓強

工作范圍：泵能正常工作的壓強范圍S抽速Sm最大抽速

31-真空泵抽氣原理及工作范圍9-31

上表可以看出每一種真空泵都有一個工作范圍，目前沒有任何一種真空泵可以從大氣壓一直工作到接近超高真空的。為此，必須將幾種泵聯(lián)合使用，如機械泵、油擴散泵聯(lián)合的有油系統(tǒng)和吸附泵、濺射離子泵、鈦升華泵聯(lián)合的無油系統(tǒng)

32-上表可以看出每一種真空泵都有一個工作范圍，目前沒有321、旋片機械泵

常見的機械泵有旋片式、定片式和滑閥式等。旋片式的噪聲小，運行速度高，被廣泛應用在真空鍍膜機上。主要結構如右圖所示

機械泵的工作原理是基于玻意耳-馬略特定律的基礎上的

PV＝K（1.1）式其中K是與溫度有關的常數(shù)

33-1、旋片機械泵11-33

右圖表示機械泵轉子在連續(xù)旋轉過程中的四個典型位置。隨著轉子的旋轉，不斷進行吸氣、壓縮和排氣的過程。假設被抽容積為V，初始壓強為P

0,泵內(nèi)空腔體積為△V，旋片轉過半周后，根據(jù)（1.1）式則壓強P

1為P1（V+△V

）＝P0V即N個循環(huán)后

34-右圖表示機械泵轉子在連續(xù)旋轉過程中的四個典型位置34

機械泵的定子和轉子間存在影響抽真空的有害空間,泵的抽速隨著壓強降低而減小。為了減少有害空間的影響通常采用雙級泵，雙級泵右兩個轉子串連而成，其中一個轉子的出氣口為另一個轉子的進氣口，這樣可以將極限真空的單極泵的1Pa提高到10-2Pa

機械泵油的作用非常重要，它起著很好的密封和潤滑作用。泵油基本要求是低的飽和蒸氣壓，一定的粘度和較高的穩(wěn)定性。但是普通機械泵對于抽走水蒸氣等可凝氣體有很大困難。當蒸氣在腔內(nèi)壓縮，壓強達到飽和蒸氣壓時，水蒸氣就開始凝結成水，并與泵油形成一種懸濁液。不僅影響泵油的密封和潤滑，還會造成泵壁生銹。為此在氣體尚未被壓縮前，通過氣鎮(zhèn)閥滲入一定量的氣體來幫助打開排氣閥片，減少水氣的凝結。氣鎮(zhèn)閥在抽氣的起始階段使用不會影響極限真空，但是到了一定程度后繼續(xù)使用就會降低泵可以達到的極限真空

35-機械泵的定子和轉子間存在影響抽真空的有害35

左轉子由0°轉到180°的抽氣過程：在0°位置時（圖a）左轉子從泵入口封入v0體積的氣體。當轉到45°位置時（圖b），該腔與排氣口相通。由于排氣側壓強較高，引起一部分氣體返沖過來。當轉到90°位置時（圖c）左轉子封入的氣體，連同返沖的氣體一起排向泵外。這時，右轉子也從泵入口封入v0體積的氣體。當轉子繼續(xù)轉到135°時（圖d）右轉子封入的氣體與排氣口相通，重復上述過程。轉子主軸旋轉一周共排出四個v0體積的氣體2、羅茨泵

36-左轉子由0°轉到180°的抽氣過程：在0°位置時36羅茨泵的轉子之間、轉子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉速運行且沒有卡住的危險。由于羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故工作時需要前級泵在1Pa左右的壓強范圍內(nèi)其有相當大的抽氣速率，在這范圍內(nèi)機械泵的抽速很小，擴散泵還只剛剛開始工作。羅茨泵可以彌補上述兩種真空泵抽氣速率的脫節(jié)。

羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結構和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空由于以上特點羅茨泵時常被串連使用

37-羅茨泵的轉子之間、轉子與泵殼內(nèi)壁之間，373、油擴散泵工作原理是：油蒸發(fā)—噴射—凝結

由于射流具有工作過程高流速(約200米/秒)、高密度、高分子量(300—500)，故能有效地帶走氣體分子圖中左邊部分表示出高速定向的油蒸氣流，右邊部分表示了氣體分析擴散壓縮的過程

38-3、油擴散泵工作原理是：16-38擴散泵必須和機械泵聯(lián)合工作，才能構成高真空抽氣系統(tǒng)。單獨的擴散泵時沒有抽氣作用的理論上，擴散泵的極限真空取決于泵油的蒸氣壓。而且泵油必須具備很高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性擴散泵油在高溫下接觸一旦大氣非常容易變質。即使時常溫下，長期接觸大氣也會因為吸收水分而降低性能。因此擴散泵內(nèi)應盡量保存良好的真空狀態(tài)擴散泵油易揮發(fā)，因此在進氣口都有擋油的冷阱

39-17-39真空的量測1、熱真空計

測定因溫度變化而引起燈絲電阻變化的真空計，稱為皮拉尼（Pirani）真空計用熱電偶測定溫度變化引起電動勢變化的真空計，稱為熱電偶真空計

測量范圍：102～10-1Pa

2、電離真空計常用的熱陰極電離真空計，通過發(fā)射熱電子使氣體電離后，測出離子流，而離子流僅與壓強成正比由此來測出真空度

測量范圍：10-1～10-6Pa

3、放電管如果在真空室的一個部位接右下圖示的放電管，當用氖變壓器外加6千伏電壓時，就會產(chǎn)生激烈的放電，不同的真空度放電顏色不同。這種廉價方便的真空計，但是只能粗略估計真空度

40-真空的量測18-40三、真空的應用

真空技術