儀器分析中的真空技術(shù)與原理

1、儀器分析中的真空技術(shù)與原理目錄引言儀器中使用真空系統(tǒng)的原因真空的定義真空系統(tǒng)的分類真空系統(tǒng)的原理我們常見的含真空系統(tǒng)的儀器有： 光電子能譜儀（XPS）、俄歇電子能譜儀（AES） 透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、低能電子顯微鏡（LEED）、離子散射譜儀（ISS）、二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）一、引言為什么這些儀器需要使用真空系統(tǒng)？為什么這些儀器需要使用真空系統(tǒng)？由于電子、離子在空氣中行進的速度很慢，所以必須有真空系統(tǒng)，否則，空氣中運送的電子、離子與氣體分子會碰撞而散射,使得電子或離子的平均自由程變小;電子槍中的高壓需要處于高真空中;高真空可以延長電子槍中燈絲的壽命;試樣處于高真

2、空中可以減少污染等。二、真空的定義1、真空的定義：、真空的定義： 低于該地區(qū)大氣壓的稀簿氣體狀態(tài) 2、真空度、真空度 ： 通常用“真空度高”和“真空度低”來表示。3、真空度單位、真空度單位 通常用托（Torr），近年國際上取用帕（Pa）。 4、托與帕的轉(zhuǎn)換、托與帕的轉(zhuǎn)換 1托=133.322帕5、平均自由程：、平均自由程： 作無規(guī)則熱運動的氣體粒子，相繼兩次碰撞所飛越的平均距離，用符號“”表示。 6、真空度的測量：、真空度的測量：若所測設(shè)備內(nèi)的壓強低于大氣壓強，其壓力測量需要真空表。從真空表所讀得的數(shù)值稱真空度。真空度數(shù)值是表示系統(tǒng)壓強實際數(shù)值低于大氣壓強的數(shù)值。三、真空系統(tǒng)的分類：真空系統(tǒng)的

3、分類 各真空系統(tǒng)的范圍各真空系統(tǒng)的應(yīng)用 真空系統(tǒng)的分類工業(yè)上的真空指的是氣壓比一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓小的氣體空間，又可分為低真空、中真空、高真空和超高真空，存在它們的環(huán)境相應(yīng)的稱為系統(tǒng)。一般使用特制的抽氣機得到真空的。 分類真空區(qū)域（托真空區(qū)域（托 Torrr）壓強范圍（帕壓強范圍（帕Pa） 低真空760101013251333 中真空1010-313331.3310-1 高真空10-310-81.3310-110-6超高真空10-810-1210-610-10極高真空10-1210-10 各真空系統(tǒng)的范圍： 真空系統(tǒng)的應(yīng)用：低真空系統(tǒng)是利用低真空獲得的壓力差來提升和運輸物料，以及吸塵等，如吸塵器、真空

4、吸盤。 中真空系統(tǒng)一般用于排除物料中溶解的氣體或水分等。如真空濃縮生產(chǎn)煉乳。高真空系統(tǒng)可用于熱絕緣、電絕緣和避免分子電子、離子碰撞的場合。高真空中分子自由程大于容器的線性尺寸，因此高真空可用于電子管、光電管、陰極射線管等器件中。四、真空系統(tǒng)的原理 真空系統(tǒng)的組成 真空系統(tǒng)的原理 真空泵的工作流程 真空泵在真空系統(tǒng)中所起的作用 具有代表性的真空泵 旋轉(zhuǎn)式真空泵 分子泵 離子泵 真空泵機組 真空系統(tǒng)的組成真空系統(tǒng)通常由真空泵、真空容器及真空管道組成，典型流程見圖1。 真空系統(tǒng)的原理由上圖可知，真空系統(tǒng)中最主要的環(huán)節(jié)是真空泵。按真空泵的工作原理，真空泵可以分為兩種類型即氣體傳輸泵和氣體捕集泵。隨著真

5、空技術(shù)在生產(chǎn)中對壓強范圍的要求越來越寬，為了使用方便和滿足各種真空工藝過程的需要，有時將多種真空泵按其性能要求組合起來，以機組型式應(yīng)用。 真空泵的工作流程啟動系統(tǒng)，主真空泵組開始工作，直到設(shè)定的上限值，自動停止運行，中央真空系統(tǒng)內(nèi)的真空由真空止回閥自動截止而得到維持。如因真空度下降且低于設(shè)定的下限值時，備用真空泵組自動啟動。由此循環(huán)往復(fù)，滿足生產(chǎn)的要求。 真空泵在真空系統(tǒng)中所起的作用泵在不同領(lǐng)域中所起的作用主要有如下幾個方面：泵在不同領(lǐng)域中所起的作用主要有如下幾個方面：主泵：對真空系統(tǒng)被抽容器直接進行抽真空。粗抽泵：指從大氣壓開始降低真空系統(tǒng)壓強達到另一抽氣系統(tǒng)可以開始工作的真空泵。前級泵：指

6、用于使另一個泵的前級壓強維持在其最高許可的前級壓強以下的真空泵。維持泵：在真空系統(tǒng)中配一種抽氣速度較小的輔助前級泵來維持主泵的正常工作的真空泵。低真空泵高真空泵超高真空泵增壓泵：用以提高抽氣系統(tǒng)在中間壓強范圍的抽氣量或降低前級泵抽氣速率要求的真空泵。 具有代表性的真空泵：旋轉(zhuǎn)式機械泵：分子泵（TMP）：離子泵：Ti升華泵：低溫泵 旋轉(zhuǎn)式機械泵旋片式真空泵旋片式真空泵: :（油封式機械真空泵）其工作壓強屬于低真空范圍。它可單獨使用，也可作為其它高真空泵或超高真空泵的前級泵。旋片泵有單級和雙級兩種。 構(gòu)造構(gòu)造：偏心軸轉(zhuǎn)子,固定翼,油。 旋轉(zhuǎn)動力是電機。工作原理工作原理：轉(zhuǎn)子緊貼泵壁內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)。固定翼

7、隨之下移,轉(zhuǎn)子到達油面后,空氣被壓縮,壓縮后的空氣壓力高于外界大氣壓之后從排氣口排出。特征特征：排氣能力由壓縮比決定。優(yōu)點：操作簡單，可以從大氣壓狀態(tài)下啟動。缺點：油要蒸發(fā)，為了避免其進入真空腔內(nèi), 干式真空泵正在成為主要的旋轉(zhuǎn)式機械泵。 分子泵原理：原理：每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù)萬次的高速旋轉(zhuǎn)葉片撞擊氣體分子,被撞擊的氣體分子碰撞到固定葉片后又被彈到下一個旋轉(zhuǎn)葉片上,最終被送到排氣口。方向相反,使分子難于逆行。構(gòu)造：構(gòu)造：電機驅(qū)動的高速旋轉(zhuǎn)葉片；泵壁上固定的固定葉片。特征特征：優(yōu)點:激活快；不用油,工作環(huán)境清潔,可到達10-10Pa的真空度；排氣速度不受氣體種類影響。 缺點：價格貴,高速旋轉(zhuǎn)、有振動，要注意安裝要求；需要和其它初段排氣泵組合。離子泵離子泵的工作原理采用了電渡原理, 由金屬鈦的清潔表面來完成。構(gòu)造：強磁鐵, 一組并聯(lián)的鈦(Ti)陰極, 中間是開放式的網(wǎng)狀陽極,陰極接地, 陽極加高壓。原理原理：通過濺射現(xiàn)象,使Ti離子化,Ti離子化學(xué)反應(yīng)活性高，和氣體分子反應(yīng)之后生成化合物。一部分氣體分子也離子化之后向陰極加速,使陰極的Ti被濺射后,