第1章真空知識(shí)

1、1楊春利楊春利2薄膜的定義薄膜是一種二維材料，在厚度方向上的尺寸很小，往往為納米至微米量級(jí)；薄膜還是一種人造材料，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與制備方法和工藝條件密切相關(guān)。薄膜在英文中用thin film，coating，membrane3薄膜材料的性質(zhì)及典型應(yīng)用 光學(xué)性質(zhì) 電學(xué)性質(zhì) 磁學(xué)性質(zhì) 化學(xué)性質(zhì) 力學(xué)性質(zhì) 熱學(xué)性質(zhì)1. 反射涂層和減反射涂層2. 光記錄介質(zhì)3. 光波導(dǎo)1. 絕緣薄膜2. 導(dǎo)電薄膜3. 半導(dǎo)體器件1. 磁記錄介質(zhì)1. 擴(kuò)散阻擋層2. 防氧化或防腐蝕層1. 耐磨涂層2. 顯微機(jī)械1. 防熱涂層4q 真空的基本知識(shí)真空的基本知識(shí)q 稀薄氣體的基本性質(zhì)稀薄氣體的基本性質(zhì)q 真空的獲得真空的獲得

2、q 真空的測(cè)量真空的測(cè)量5 為了使被研究的樣品不被周圍氣氛所污染，為了使被研究的樣品不被周圍氣氛所污染，獲取獲取“原子清潔原子清潔”的表面，薄膜制備和襯底表面形的表面，薄膜制備和襯底表面形成過(guò)程往往是在真空或超高真空中進(jìn)行的。目前，成過(guò)程往往是在真空或超高真空中進(jìn)行的。目前，人們所廣泛使用的薄膜制備系統(tǒng)都具有真空系統(tǒng)。人們所廣泛使用的薄膜制備系統(tǒng)都具有真空系統(tǒng)。薄膜的制備涉及氣相的產(chǎn)生、輸運(yùn)以及反應(yīng)的過(guò)程。薄膜的制備涉及氣相的產(chǎn)生、輸運(yùn)以及反應(yīng)的過(guò)程。F 真空：真空： 低于一個(gè)大氣壓的氣體空間。低于一個(gè)大氣壓的氣體空間。 1643 1643年，意大利物理學(xué)家托里折利演示了著年，意大利物理學(xué)家托

3、里折利演示了著名的大氣壓實(shí)驗(yàn)，揭示了名的大氣壓實(shí)驗(yàn)，揭示了“真空真空”這一物理狀態(tài)。這一物理狀態(tài)。6 “真空真空”這一術(shù)語(yǔ)譯自拉丁文這一術(shù)語(yǔ)譯自拉丁文VacuoVacuo，其意義是虛無(wú)。，其意義是虛無(wú)。 真空應(yīng)理解為氣體較稀薄的空間。在指定的空間內(nèi)，真空應(yīng)理解為氣體較稀薄的空間。在指定的空間內(nèi)，低于一個(gè)大氣壓力的氣體狀態(tài)統(tǒng)稱為真空。低于一個(gè)大氣壓力的氣體狀態(tài)統(tǒng)稱為真空。 自然真空：宇宙空間所自然存在的自然真空：宇宙空間所自然存在的 人為真空人為真空：人類利用真空泵抽取所獲得的：人類利用真空泵抽取所獲得的 絕對(duì)真空：完全沒(méi)有氣體的空間狀態(tài)絕對(duì)真空：完全沒(méi)有氣體的空間狀態(tài) 相對(duì)真空相對(duì)真空：氣體稀

4、薄，分子數(shù)較少的狀態(tài)：氣體稀薄，分子數(shù)較少的狀態(tài) 真空狀態(tài)下氣體稀薄程度稱為真空狀態(tài)下氣體稀薄程度稱為真空度真空度，通常用壓力，通常用壓力值表示。值表示。真空 （Vacuum）7真空技術(shù)的發(fā)展歷史 最早的真空獲得和應(yīng)用，可追溯到公元前六世紀(jì)，我國(guó)煉鐵技術(shù)就相當(dāng)進(jìn)步，為了熔化鐵，在煉鐵爐上配有鼓風(fēng)設(shè)備。最初使用的叫“鞲gu”的皮囊鼓風(fēng)、“風(fēng)箱”鼓風(fēng)。 還有更為典型的例子是中醫(yī)的拔火罐。兩千年前，它已在我國(guó)民間用作治病的工具。它很好地利用了空氣熱脹冷縮、蒸汽冷凝等物理現(xiàn)象來(lái)形成罐內(nèi)真空。8 歷史上有確切記載獲得“真空”的卻是歐洲人。1643年，意大利人托利拆里(Torricelli,Evangel

5、ista,1608-1647)做了大氣壓實(shí)驗(yàn)。他用一根一端封閉的細(xì)長(zhǎng)玻璃管和一個(gè)盛水銀的小槽，先將水銀從玻璃管開(kāi)口端灌入，直到灌滿全管。然后壓住開(kāi)口，將玻璃管倒立在水銀槽內(nèi)，再打開(kāi)壓住的開(kāi)口。此時(shí)玻璃管中的水銀高度逐漸下降，直到距離小槽液面以上760毫米時(shí)，就不再下降了。9 1654年德國(guó)人葛利克發(fā)明了活塞真空泵。他為了證明大氣壓的巨大力量，曾做過(guò)一次公開(kāi)實(shí)驗(yàn),他用兩個(gè)直徑119厘米的半球合起來(lái)，用真空泵將球內(nèi)空氣抽除，因而求得的表面上所受大氣壓是很大的橫向分力，每個(gè)半球用8匹馬，才能向相反方向拉開(kāi)。因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)在德國(guó)馬德堡做的，故被稱為馬德堡半球?qū)嶒?yàn)而聞名于世。10 1905年德國(guó)蓋得發(fā)明了機(jī)

6、械泵，1906年皮拉尼發(fā)明熱阻真空計(jì)；之后，蓋得又于1913年和1915年先后發(fā)明了分子泵、擴(kuò)散泵；1916年貝克利發(fā)明了熱陰極電離計(jì)。蓋德發(fā)明的機(jī)械泵蓋德發(fā)明的分子泵11 真空技術(shù)迅速?gòu)牡驼婵瞻l(fā)展到高真空，高真空技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭一直延續(xù)到第二次世界大戰(zhàn)。尤其是?？寺?936年發(fā)明了油擴(kuò)散泵，潘寧1937年發(fā)明了冷陰極電離計(jì)，使得高真空技術(shù)在獲得和測(cè)量?jī)煞矫婊旧弦淹晟?。直到今天，這些發(fā)明還運(yùn)用在多數(shù)真空系統(tǒng)上?，F(xiàn)代的有擴(kuò)散泵12 今天的真空技術(shù)，已能獲得和測(cè)量從大氣壓（105pa）到10-13pa，壓力范圍達(dá)18個(gè)數(shù)量級(jí)，并隨著某些新應(yīng)用的開(kāi)拓而要求一步步地接近“理想真空”。 今天的真空技術(shù)：

7、105pa 10-13pa13F 兩類真空兩類真空 自然真空和人為真空自然真空和人為真空 相對(duì)真空和絕對(duì)真空相對(duì)真空和絕對(duì)真空氣體狀態(tài)方程氣體狀態(tài)方程nkTP P氣體壓強(qiáng)（氣體壓強(qiáng)（Pa）；）；n氣體分子密度（氣體分子密度（m-3）；）；k1.3810-23J/KTPn22102 . 7T=293K，P=1.310-11 Pa時(shí)，時(shí)，n=3.2103/cm3P = 105Pa，T=290K，n = 2.481019分子/cm3絕對(duì)真空是絕對(duì)真空是不存在的！不存在的！14F 真空單位真空單位 帕斯卡（帕斯卡（Pascal）：）：Pa 托（托（Torr）：）：1Torr=133.3 Pa 1 Pa

8、=7.510-3 Torr 舊的單位：舊的單位：mmHg Torr bar atm F 真空程度的表示真空程度的表示 真空度真空度 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 氣體分子密度、氣體分子平均自由程、氣體分子密度、氣體分子平均自由程、 形成一個(gè)分子層所需要的時(shí)間等形成一個(gè)分子層所需要的時(shí)間等 法定計(jì)量單位法定計(jì)量單位最早使用、最廣泛的最早使用、最廣泛的紀(jì)念托里拆利紀(jì)念托里拆利760 mm HgVacuumATM15單位帕/Pa托/Torr毫巴/mbar標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1 Pa17.510-3110-29.8710-61 Torr133.311.3331.31610-31 mbar1000.7519.8710-41 atm1

9、.0131057601.0131031幾種壓強(qiáng)換算關(guān)系幾種壓強(qiáng)換算關(guān)系16 低真空低真空 1105 to 1102 Pa 中真空中真空 1102 to 110-1 Pa 高真空高真空 110-1 to 110-5 Pa 超高真空超高真空 10 102 2 Pa Pa 中真空中真空 10102 2 10 10-1 -1 Pa Pa 高真空高真空 1010-1 -1 10 10-5 -5 Pa Pa 超高真空超高真空 10 10-5 -5 Pa Pa 真空蒸發(fā)沉積：真空蒸發(fā)沉積： 高真空和超高真空（高真空和超高真空（1010-3 -3 PaPa）; ; 濺射沉積：濺射沉積： 中、高真空（中、高真空

10、（1010-2 -2 10Pa 10Pa）; ;低壓化學(xué)氣相沉積：中、低真空（低壓化學(xué)氣相沉積：中、低真空（10 100Pa10 100Pa）; ;電子顯微分析：電子顯微分析： 高真空高真空; ;材料表面分析：材料表面分析： 超高真空。超高真空。18理想氣體定律理想氣體定律 真空技術(shù)中的稀薄氣體性質(zhì)上與理想氣體相似，因此符真空技術(shù)中的稀薄氣體性質(zhì)上與理想氣體相似，因此符合理想氣體定律：合理想氣體定律：1. 1. 波義爾定律波義爾定律2. 2. 蓋蓋呂薩克定律呂薩克定律3. 3. 查理定律查理定律CPV CTV CTP 4. 4. 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程nkTP RTMmPV m-氣體

11、質(zhì)量；氣體質(zhì)量；R-氣體普適常數(shù)（氣體普適常數(shù)（8.314 J/molK），），R=NAkNA-阿伏伽德羅常數(shù)（阿伏伽德羅常數(shù)（6.021023 mol-1）19一、氣體分子的速率分布一、氣體分子的速率分布 氣體分子運(yùn)動(dòng)論氣體分子運(yùn)動(dòng)論： 氣體分子一直處無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)；氣體分子一直處無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)； 平均運(yùn)動(dòng)速度取決于溫度；平均運(yùn)動(dòng)速度取決于溫度； 分子之間和分子與器壁之間相互碰撞。分子之間和分子與器壁之間相互碰撞。 結(jié)果結(jié)果：氣體分子的速度服從一定統(tǒng)計(jì)分布?xì)怏w分子的速度服從一定統(tǒng)計(jì)分布, , 氣體本身對(duì)外顯示一定的壓力。氣體本身對(duì)外顯示一定的壓力。 理想氣體模型理想氣體模型： 氣體分子之間除相互碰撞

12、的瞬間之外，完全不存在相互作氣體分子之間除相互碰撞的瞬間之外，完全不存在相互作用，即它們可被看作是相互獨(dú)立的硬球，且硬球的半徑遠(yuǎn)小用，即它們可被看作是相互獨(dú)立的硬球，且硬球的半徑遠(yuǎn)小于球與球之間的距離。于球與球之間的距離。 在一般的溫度和壓力條件下，所有氣體可看作理想氣體。在一般的溫度和壓力條件下，所有氣體可看作理想氣體。20一、氣體分子的速率分布一、氣體分子的速率分布 在平衡狀態(tài)時(shí)，分布在任一速度區(qū)間在平衡狀態(tài)時(shí)，分布在任一速度區(qū)間vv+dv內(nèi)，內(nèi)，分子的幾率，滿足麥克斯韋分子的幾率，滿足麥克斯韋- -波爾茲曼分布：波爾茲曼分布：dvvkTmvkTmNdN22232exp24麥克斯韋速度分布

13、函數(shù)麥克斯韋速度分布函數(shù)22232exp24)(vkTmvkTmvf21溫度越高，分子的平均運(yùn)動(dòng)速度越大。相對(duì)原子質(zhì)量越小，221. 1. 最可幾速率（速率極大值最可幾速率（速率極大值? ?）MRTMRTmkTvm41. 1222. 2. 平均速率平均速率MRTMRTmkTva59. 1883. 3. 均方根速率均方根速率MRTMRTmkTvr73. 133速度分布速度分布計(jì)算分子運(yùn)動(dòng)平均距離計(jì)算分子運(yùn)動(dòng)平均距離計(jì)算分子平均動(dòng)能計(jì)算分子平均動(dòng)能T=300K，空氣，空氣分子分子va460m/s23二、平均自由程二、平均自由程 每個(gè)分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為自由每個(gè)分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路

14、程稱為自由程；其統(tǒng)計(jì)平均值成為平均自由程。程；其統(tǒng)計(jì)平均值成為平均自由程。nkTP PdkT22nd221d d- -分子直徑；分子直徑；n n分子密度分子密度25時(shí)時(shí)0.667PP=10-4Pa時(shí)，時(shí)，667066.7cmmP=10-3Pa時(shí)，時(shí)，6676.67cmm 薄膜技術(shù)中最常用的真空度為薄膜技術(shù)中最常用的真空度為10-4Pa，自由程大自由程大約是約是66米。即使再差，米。即使再差， 10-3Pa，自由程大約是自由程大約是6.6米。米。 所以不需要考慮飛行中的薄膜材料和殘存氣體沖所以不需要考慮飛行中的薄膜材料和殘存氣體沖撞所產(chǎn)生的影響。撞所產(chǎn)生的影響。24 在常溫下，空氣分子速率在常溫

15、下，空氣分子速率 400500米，如果在講臺(tái)米，如果在講臺(tái)上打開(kāi)一瓶香水，后排的同學(xué)應(yīng)立刻就可聞到香水味。上打開(kāi)一瓶香水，后排的同學(xué)應(yīng)立刻就可聞到香水味。但實(shí)際需要但實(shí)際需要 12 分鐘才能聞到，這是為什么？分鐘才能聞到，這是為什么？ 實(shí)際上由于分子激烈的熱運(yùn)動(dòng)，不斷地和其它分子實(shí)際上由于分子激烈的熱運(yùn)動(dòng)，不斷地和其它分子碰撞，分子不是走直線，而是折線。碰撞，分子不是走直線，而是折線。 分子間的無(wú)規(guī)則碰撞在氣體由非平衡態(tài)分子間的無(wú)規(guī)則碰撞在氣體由非平衡態(tài)過(guò)渡到平衡態(tài)的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。過(guò)渡到平衡態(tài)的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。有關(guān)分子碰撞的幾個(gè)物理量：有關(guān)分子碰撞的幾個(gè)物理量：平均碰撞頻率平均碰撞頻

16、率 ：一個(gè)分子在單位時(shí)間內(nèi)與其他分一個(gè)分子在單位時(shí)間內(nèi)與其他分子碰撞的平均次數(shù)。子碰撞的平均次數(shù)。Z平均自由程平均自由程：在一定的宏觀條件下一個(gè)氣體分子在在一定的宏觀條件下一個(gè)氣體分子在連續(xù)兩次碰撞之間所可能經(jīng)過(guò)的各段自由路程的平均連續(xù)兩次碰撞之間所可能經(jīng)過(guò)的各段自由路程的平均值。值。25一、平均碰撞頻率一、平均碰撞頻率提出模型提出模型: :分子是直徑為分子是直徑為d 的剛性小球的剛性小球, ,除碰撞外除碰撞外, ,無(wú)相無(wú)相互作用力?；プ饔昧?。 碰撞主要是由相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。碰撞主要是由相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。設(shè)想：設(shè)想：跟蹤分子跟蹤分子A A，其在一段時(shí)間，其在一段時(shí)間 t t內(nèi)與多少分子內(nèi)與多少分子

17、相碰？相碰？ 以以A A的中心運(yùn)動(dòng)軌跡（圖中虛的中心運(yùn)動(dòng)軌跡（圖中虛線）為軸線，以分子有效直徑線）為軸線，以分子有效直徑d d為半徑，作一曲折圓柱體。為半徑，作一曲折圓柱體。分子分子A走的是一條折線。走的是一條折線。Z假設(shè)：假設(shè)：其他分子靜止不動(dòng)，只有分子其他分子靜止不動(dòng)，只有分子A A在它們之間以在它們之間以平均相對(duì)速率平均相對(duì)速率 運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)，u26udnttudnZ22tutud2tudn2A A所走過(guò)的路程為：所走過(guò)的路程為：相應(yīng)圓柱體的體積為：相應(yīng)圓柱體的體積為：設(shè)氣體分子數(shù)密度為設(shè)氣體分子數(shù)密度為n n。中心在此圓柱體內(nèi)的分子總數(shù)，亦即在中心在此圓柱體內(nèi)的分子總數(shù)，亦即在 t t時(shí)

18、間內(nèi)與時(shí)間內(nèi)與A A相碰的分子數(shù)為相碰的分子數(shù)為: :平均碰撞頻率：平均碰撞頻率：v vv vuv vu uv vavu2udnZ2avdn22在在 t內(nèi)：內(nèi)：上面是假定一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)而其余分子都靜止而得出上面是假定一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)而其余分子都靜止而得出的結(jié)果實(shí)際上一切分子都在運(yùn)動(dòng)，因此上式必須的結(jié)果實(shí)際上一切分子都在運(yùn)動(dòng)，因此上式必須修正如果考慮所有分子都在運(yùn)動(dòng)并按麥克斯韋速修正如果考慮所有分子都在運(yùn)動(dòng)并按麥克斯韋速率分布律分布，就可從理論上求出氣體分子平均相率分布律分布，就可從理論上求出氣體分子平均相對(duì)速率對(duì)速率 與平均速度與平均速度v va a之間存在：之間存在：u27例：例：求空氣在求空氣在

19、27C、1atm下平均碰撞頻率是多少？下平均碰撞頻率是多少？（空氣分子直徑為（空氣分子直徑為310-10m ）解：解：kTPn3001038. 110013. 1235325m1045.2molaMRTv83102930031. 88avdnZ22252101045. 2468)103(258.4億次億次/ /秒秒m/s46828Z二、平均自由程二、平均自由程Zva即即aavdnv22221dnnKTP 221dn平均自由程與平均平均自由程與平均速率無(wú)關(guān)，與分子有效直速率無(wú)關(guān)，與分子有效直徑及徑及分子數(shù)密度有關(guān)分子數(shù)密度有關(guān)。秒內(nèi)平均碰撞次數(shù)1秒內(nèi)平均路程1分子在平均自由程avdnZ22Pdk

20、T22平均自由程平均自由程：在一定的宏觀條件下一個(gè)氣體分子在在一定的宏觀條件下一個(gè)氣體分子在連續(xù)兩次碰撞之間所可能經(jīng)過(guò)的各段自由路程的平均連續(xù)兩次碰撞之間所可能經(jīng)過(guò)的各段自由路程的平均值。值。29例：例：求空氣分子在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的平均自由程。求空氣分子在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的平均自由程。 （空氣分子直徑為（空氣分子直徑為310 10m ）解：解：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)Pa10013. 1 ,K 273500PTPdkT2252102310013. 1)103(22731038. 1m103 .98問(wèn)題：?jiǎn)栴}：一定質(zhì)量的氣體，保持體積不變，當(dāng)溫度增加一定質(zhì)量的氣體，保持體積不變，當(dāng)溫度增加時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)變得劇烈，平

21、均碰撞頻率增加了，平均時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)變得劇烈，平均碰撞頻率增加了，平均自由程如何變化？自由程如何變化？解答：解答：根據(jù)公式根據(jù)公式221dn 質(zhì)量一定，體積保持不變，則氣體的分子數(shù)密度質(zhì)量一定，體積保持不變，則氣體的分子數(shù)密度 n 也不變，平均自由程也不變。也不變，平均自由程也不變。30三、碰撞次數(shù)與余弦散射率三、碰撞次數(shù)與余弦散射率入射情況入射情況入射頻率入射頻率（入射通量或碰撞次數(shù)）（入射通量或碰撞次數(shù)）：?jiǎn)挝粫r(shí)間，在單位：?jiǎn)挝粫r(shí)間，在單位面積的器壁上發(fā)生碰撞的氣體分子數(shù)面積的器壁上發(fā)生碰撞的氣體分子數(shù)anv41赫茲克努森公式赫茲克努森公式nkTP MRTmkTva88nkTP MRTmkT

22、va88nkTP MRTmkTva88nkTP MRTmkTva88MRTPNmkTPA22, P 溫度一定時(shí)MRTPNmkTPA22, P 溫度一定時(shí)31F 示例示例 氣體分子密度氣體分子密度22-37.2 10 (m )PnT常溫下：常溫下：P = 105Pa，n = 2.421019分子/cm3P = 1.3 10-8Pa，n = 3.14106分子/cm33225空氣中，固體表面形成單原子層所需時(shí)間，空氣中，固體表面形成單原子層所需時(shí)間，取取氮?dú)猓旱獨(dú)猓汗腆w原子密度：固體原子密度：?jiǎn)卧訉釉用婷芏龋簡(jiǎn)卧訉釉用婷芏龋簊cmmolgKmolKJMRTva/107 . 414. 310

23、/28298/314. 88843-scmnva223419/108 . 2107 . 41042. 24141分子323/1095cmn原子21532/10)(1cmNML原子33 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下撞擊表面的氣體原子在表面形成單原標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下撞擊表面的氣體原子在表面形成單原子層所需要的時(shí)間：子層所需要的時(shí)間： 在P = 1.3 10-8Pa時(shí)，n = 3.14106分子/cm3，則氣氣體原子在表面形成單原子層所需要的時(shí)間：體原子在表面形成單原子層所需要的時(shí)間：st92315105 . 3108 . 210scmnva21046/1069. 3107 . 41014. 34141分子h5 . 7107

24、 . 21069. 31041015st34四、氣體的流動(dòng)狀態(tài)四、氣體的流動(dòng)狀態(tài) 氣體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)本身氣體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)本身并不導(dǎo)致并不導(dǎo)致氣體的宏觀氣體的宏觀流動(dòng)。只有在空間存在流動(dòng)。只有在空間存在宏觀壓力差宏觀壓力差的情況下，氣體作的情況下，氣體作為一個(gè)整體才會(huì)產(chǎn)生宏觀的定向流動(dòng)。為一個(gè)整體才會(huì)產(chǎn)生宏觀的定向流動(dòng)。 氣體的流動(dòng)狀態(tài)根據(jù)氣體的流動(dòng)狀態(tài)根據(jù)氣體容器的幾何形狀、氣體氣體容器的幾何形狀、氣體的壓力、溫度以及氣體的種類的壓力、溫度以及氣體的種類不同而存在很大差別。不同而存在很大差別。氣壓較高時(shí)氣壓較高時(shí)黏滯流狀態(tài)黏滯流狀態(tài)低流速低流速層流狀態(tài)層流狀態(tài)高流速高流速紊流狀態(tài)紊流狀態(tài)

25、氣體流動(dòng)氣體流動(dòng)狀態(tài)分類狀態(tài)分類高真空環(huán)境高真空環(huán)境分子流狀態(tài)分子流狀態(tài)（僅與容器壁碰撞）（僅與容器壁碰撞）35分子流狀態(tài)分子流狀態(tài)：在高真空環(huán)境下，氣體的分子除了在高真空環(huán)境下，氣體的分子除了與容器壁碰撞以外，幾乎不發(fā)生氣體分子間的相與容器壁碰撞以外，幾乎不發(fā)生氣體分子間的相互碰撞?；ヅ鲎?。特點(diǎn)特點(diǎn)：氣體分子平均自由程大于氣體容器的尺寸：氣體分子平均自由程大于氣體容器的尺寸或與其相當(dāng)。（高真空薄膜蒸發(fā)沉積系統(tǒng)、各種或與其相當(dāng)。（高真空薄膜蒸發(fā)沉積系統(tǒng)、各種材料表面分析儀器）材料表面分析儀器）粘滯流狀態(tài)粘滯流狀態(tài)：當(dāng)氣壓較高時(shí)，氣體分子的平均自當(dāng)氣壓較高時(shí)，氣體分子的平均自由程很短，氣體分子間

26、的相互碰撞較為頻繁。由程很短，氣體分子間的相互碰撞較為頻繁。（化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)）（化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)）36 氣體的流動(dòng)狀態(tài)氣體的流動(dòng)狀態(tài)氣體流動(dòng)狀態(tài)間的界線氣體流動(dòng)狀態(tài)間的界線 克努森克努森(Knudsen)系數(shù)系數(shù)Kn式中，式中，D為氣體容器的尺寸，為氣體容器的尺寸，為氣體分子的平均自由程為氣體分子的平均自由程DKn 分子流狀態(tài)分子流狀態(tài) Kn110氣體流動(dòng)狀態(tài)可以被粗略地劃分為三個(gè)不同的狀態(tài)：3738層流狀態(tài)：層流狀態(tài)： 在低流速的情況下，黏滯流處于層流狀態(tài)，即在與氣體在低流速的情況下，黏滯流處于層流狀態(tài)，即在與氣體流動(dòng)方向垂直的方向上，可以設(shè)想存在不同氣體流動(dòng)層的明流動(dòng)方向垂直的方向上，可

27、以設(shè)想存在不同氣體流動(dòng)層的明確的層狀流線，且各層氣體的流動(dòng)方向總能保持相互平行。確的層狀流線，且各層氣體的流動(dòng)方向總能保持相互平行。紊流狀態(tài)：紊流狀態(tài)： 氣體流速較高的情況下，各層氣體的流動(dòng)方向之間將不氣體流速較高的情況下，各層氣體的流動(dòng)方向之間將不再能夠保持相互平行的狀態(tài)，而呈現(xiàn)出一種旋渦狀的流動(dòng)形再能夠保持相互平行的狀態(tài)，而呈現(xiàn)出一種旋渦狀的流動(dòng)形式。這種流動(dòng)狀態(tài)被稱之為紊流狀態(tài)。式。這種流動(dòng)狀態(tài)被稱之為紊流狀態(tài)。黏滯流狀態(tài)分類黏滯流狀態(tài)分類39雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re是幫助判斷氣體流動(dòng)狀態(tài)的另一是幫助判斷氣體流動(dòng)狀態(tài)的另一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)，其定義為個(gè)無(wú)量綱參數(shù)，其定義為dRev d為容器的特征尺

28、寸；為容器的特征尺寸； 分別是分別是 氣體的流速、氣體的流速、密度和動(dòng)力學(xué)黏度系數(shù)。密度和動(dòng)力學(xué)黏度系數(shù)。 v、 、Re22002200Re1200Re1200紊流狀態(tài)紊流狀態(tài)紊流或?qū)恿魑闪骰驅(qū)恿鲗恿鳡顟B(tài)層流狀態(tài)40抽真空即利用各種真空泵將被抽容器中的氣體抽出，使該抽真空即利用各種真空泵將被抽容器中的氣體抽出，使該空間的壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓?？臻g的壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓。41 抽真空即利用各種真空泵將被抽容器中的氣體抽抽真空即利用各種真空泵將被抽容器中的氣體抽出，使該空間的壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓。出，使該空間的壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓。目前常用獲得真空的設(shè)備有：目前常用獲得真空的設(shè)備有： 旋片式機(jī)械真空泵旋片

29、式機(jī)械真空泵 油擴(kuò)散泵油擴(kuò)散泵 羅茨泵羅茨泵 渦輪分子泵渦輪分子泵 分子篩吸附泵分子篩吸附泵 鈦升華泵鈦升華泵 濺射離子泵濺射離子泵 低溫吸附泵低溫吸附泵屬于輸運(yùn)式真空泵，即采用對(duì)氣體屬于輸運(yùn)式真空泵，即采用對(duì)氣體進(jìn)行壓縮的方式將氣體分子輸送至進(jìn)行壓縮的方式將氣體分子輸送至真空系統(tǒng)之外真空系統(tǒng)之外屬于捕獲式真空泵，即依靠在真空屬于捕獲式真空泵，即依靠在真空系統(tǒng)內(nèi)凝結(jié)或吸附氣體分子的方式系統(tǒng)內(nèi)凝結(jié)或吸附氣體分子的方式將氣體分子捕獲并排除將氣體分子捕獲并排除42極限真空（極限壓強(qiáng)極限真空（極限壓強(qiáng)Pu）和抽氣速率）和抽氣速率 是表示真空泵性能的兩個(gè)重要參數(shù)。是表示真空泵性能的兩個(gè)重要參數(shù)。極限壓強(qiáng)

30、極限壓強(qiáng)是該系是該系統(tǒng)所能達(dá)到的最低壓強(qiáng)；統(tǒng)所能達(dá)到的最低壓強(qiáng)；抽氣速率抽氣速率是在規(guī)定壓強(qiáng)下單位時(shí)間是在規(guī)定壓強(qiáng)下單位時(shí)間抽出氣體的體積，它決定抽真空所需要的時(shí)間。抽出氣體的體積，它決定抽真空所需要的時(shí)間。理論上，一個(gè)系統(tǒng)所能達(dá)到的真空度：理論上，一個(gè)系統(tǒng)所能達(dá)到的真空度：dtdPSVSQPPiuPu-真空泵的極限真空（真空泵的極限真空（Pa），）， Q-泵內(nèi)各種氣源（泵內(nèi)各種氣源（PaL/s），）， S-泵的抽氣速率（泵的抽氣速率（L/s），）， V-真空室體積（真空室體積（L），）， Pi-被抽空被抽空間氣體的分壓強(qiáng)（間氣體的分壓強(qiáng)（Pa），），t-時(shí)間（時(shí)間（s）4344泵組合泵組合從

31、圖表中可以看出，沒(méi)有一種泵能直接從大氣一直從圖表中可以看出，沒(méi)有一種泵能直接從大氣一直工作到超高真空。因此常常將幾種泵組合使用，實(shí)工作到超高真空。因此常常將幾種泵組合使用，實(shí)現(xiàn)預(yù)定真空。現(xiàn)預(yù)定真空。例如：例如： 油封機(jī)械泵油封機(jī)械泵油擴(kuò)散泵油擴(kuò)散泵10-610-8Pa 吸附泵吸附泵濺射離子泵鈦升華泵濺射離子泵鈦升華泵10-610-9Pa 機(jī)械泵機(jī)械泵復(fù)合分子泵復(fù)合分子泵獲得超高真空獲得超高真空前級(jí)泵前級(jí)泵次級(jí)泵次級(jí)泵451、 機(jī)械泵機(jī)械泵 Rotary Vane Pumps凡是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)凡是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)）以獲（轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)）以獲得真空的泵，稱為機(jī)得真空的泵，稱為機(jī)械泵，從大氣壓開(kāi)始

32、械泵，從大氣壓開(kāi)始旋片式旋片式 噪聲小、速度快噪聲小、速度快定片式定片式滑閥式滑閥式46工作原理： 依靠放置在偏心轉(zhuǎn)子中的可以滑進(jìn)滑出的旋片，將氣體 隔離，壓縮，然后排除泵體之外。47說(shuō)明說(shuō)明：為了提高氣體的密封效果，防止氣體回流，為了提高氣體的密封效果，防止氣體回流，旋片式機(jī)械旋片式機(jī)械泵的運(yùn)動(dòng)部件之間只有很小的配合間隙，泵的運(yùn)動(dòng)部件之間只有很小的配合間隙，并且在泵體內(nèi)還利用油來(lái)作為運(yùn)動(dòng)部件間的密封物并且在泵體內(nèi)還利用油來(lái)作為運(yùn)動(dòng)部件間的密封物質(zhì)。同時(shí)，油還起著對(duì)這些機(jī)械部件進(jìn)行潤(rùn)滑的作質(zhì)。同時(shí)，油還起著對(duì)這些機(jī)械部件進(jìn)行潤(rùn)滑的作用。用。主要性能指標(biāo)：主要性能指標(biāo)：抽速：抽速： 1300L/

33、s極限真空度：極限真空度：?jiǎn)渭?jí)旋片泵單級(jí)旋片泵 0.1Pa 兩級(jí)串聯(lián)兩級(jí)串聯(lián) 0.01Pa旋片式機(jī)械旋片式機(jī)械泵不僅可以單獨(dú)使用，而且經(jīng)常被泵不僅可以單獨(dú)使用，而且經(jīng)常被用做其他真空泵的前級(jí)真空泵。用做其他真空泵的前級(jí)真空泵。48玻馬洛特定律玻馬洛特定律VVVPP01n次循環(huán)后次循環(huán)后nnVVVPP0Pn達(dá)到極限值？達(dá)到極限值？mtiVVVPP0KtVVmtPPi1lglg0mtiVVPP 10lgP0/Pit49影響真空度的因素：影響真空度的因素：有害空間有害空間 出氣口與轉(zhuǎn)子密封點(diǎn)之間的空隙，影響極限壓強(qiáng)出氣口與轉(zhuǎn)子密封點(diǎn)之間的空隙，影響極限壓強(qiáng)機(jī)械泵的真空油機(jī)械泵的真空油 飽和蒸氣壓低、

34、潤(rùn)滑性、黏度、穩(wěn)定性飽和蒸氣壓低、潤(rùn)滑性、黏度、穩(wěn)定性水水水蒸氣與機(jī)械泵油混合形成懸濁液，破壞泵油質(zhì)量水蒸氣與機(jī)械泵油混合形成懸濁液，破壞泵油質(zhì)量極限真空度可達(dá)極限真空度可達(dá)10-1Pa左右，雙級(jí)旋片泵的極限真空可左右，雙級(jí)旋片泵的極限真空可達(dá)達(dá)10-2Pa數(shù)量級(jí)。數(shù)量級(jí)。502、 羅茨泵羅茨泵羅茨泵內(nèi)兩個(gè)羅茨泵內(nèi)兩個(gè)8字形的轉(zhuǎn)子字形的轉(zhuǎn)子以相反的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子以相反的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的咬合精度很高，不使用的咬合精度很高，不使用油作為密封介質(zhì)。油作為密封介質(zhì)。特點(diǎn)特點(diǎn)： 油蒸氣污染少油蒸氣污染少 轉(zhuǎn)速快（轉(zhuǎn)速快（3000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分），分），抽速大（抽速大（103L/s) 啟動(dòng)快啟動(dòng)快 振動(dòng)小振動(dòng)小

35、 極限壓強(qiáng)達(dá)到極限壓強(qiáng)達(dá)到10-2 Pa，適用壓力范圍是適用壓力范圍是0.11000Pa之間之間512、 羅茨泵羅茨泵 當(dāng)氣體的壓力低于當(dāng)氣體的壓力低于10-1Pa以后，氣體的回流將造成以后，氣體的回流將造成羅茨泵抽速的降低。而在羅茨泵抽速的降低。而在壓力較高時(shí)，大量氣體的壓力較高時(shí)，大量氣體的高速壓縮又會(huì)引起泵體和高速壓縮又會(huì)引起泵體和轉(zhuǎn)子的發(fā)熱與熱膨脹，造轉(zhuǎn)子的發(fā)熱與熱膨脹，造成配合精度很高的泵體的成配合精度很高的泵體的損壞。因此，羅茨泵的適損壞。因此，羅茨泵的適用壓力范圍是在用壓力范圍是在0.11000Pa之間。之間。在一般情況在一般情況下，下，羅茨泵總是與旋片式羅茨泵總是與旋片式機(jī)械真

36、空泵串聯(lián)成真空泵機(jī)械真空泵串聯(lián)成真空泵機(jī)組使用。機(jī)組使用。52磁力驅(qū)動(dòng)羅茨真空泵（無(wú)泄漏）系列磁力驅(qū)動(dòng)羅茨真空泵（無(wú)泄漏）系列1944 年德國(guó)人發(fā)明，適應(yīng)在 10 1000Pa 壓力范圍內(nèi)工作。53羅茨泵與其它油封式機(jī)械泵相比有以下特點(diǎn)：羅茨泵與其它油封式機(jī)械泵相比有以下特點(diǎn)： 1)1)較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速；較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速； 2)2)轉(zhuǎn)子具有良好的幾何對(duì)稱性，故振動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子具有良好的幾何對(duì)稱性，故振動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。轉(zhuǎn)子間及轉(zhuǎn)子和殼體間均有間隙，不用潤(rùn)滑，摩擦損失小，可間及轉(zhuǎn)子和殼體間均有間隙，不用潤(rùn)滑，摩擦損失小，可大大降低驅(qū)動(dòng)功率，從而可實(shí)現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速；大大

37、降低驅(qū)動(dòng)功率，從而可實(shí)現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速； 3)3)泵腔內(nèi)無(wú)需用油密封和潤(rùn)滑，可減少油蒸氣對(duì)真空系統(tǒng)的泵腔內(nèi)無(wú)需用油密封和潤(rùn)滑，可減少油蒸氣對(duì)真空系統(tǒng)的污染；污染； 4)4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，對(duì)被抽氣體中的灰塵和水蒸汽不敏感；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，對(duì)被抽氣體中的灰塵和水蒸汽不敏感； 5)5)壓縮比較低，對(duì)氫氣抽氣效果差；壓縮比較低，對(duì)氫氣抽氣效果差； 6)6)轉(zhuǎn)子表面為形狀較為復(fù)雜的曲線柱面，加工和檢查比較困轉(zhuǎn)子表面為形狀較為復(fù)雜的曲線柱面，加工和檢查比較困難。難。應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：冶煉、石油化工、電工、電子等行業(yè)冶煉、石油化工、電工、電子等行業(yè)543、 油擴(kuò)散泵油擴(kuò)散泵油擴(kuò)散泵的工作方式是將油加熱至油擴(kuò)散

38、泵的工作方式是將油加熱至高溫蒸發(fā)狀態(tài)高溫蒸發(fā)狀態(tài)(約約200)，讓油蒸氣，讓油蒸氣呈多級(jí)狀向下定向高速噴出時(shí)不斷呈多級(jí)狀向下定向高速噴出時(shí)不斷撞擊氣體分子，并將部分動(dòng)量傳遞撞擊氣體分子，并將部分動(dòng)量傳遞給這些氣體分于，使其被迫向排氣給這些氣體分于，使其被迫向排氣口方向運(yùn)動(dòng)，在壓縮作用下排出泵口方向運(yùn)動(dòng)，在壓縮作用下排出泵體。同時(shí)，被泵體冷卻后的油蒸氣體。同時(shí)，被泵體冷卻后的油蒸氣又會(huì)凝結(jié)起來(lái)返回泵的底部。又會(huì)凝結(jié)起來(lái)返回泵的底部。只能被用在只能被用在110-6Pa的壓力的壓力范圍內(nèi)，即范圍內(nèi)，即分子流狀態(tài)分子流狀態(tài)的真空條件的真空條件下，下，而不能直接與大氣相連而不能直接與大氣相連。缺點(diǎn)是缺點(diǎn)

39、是泵內(nèi)油蒸氣的回流會(huì)直接造泵內(nèi)油蒸氣的回流會(huì)直接造成真空系統(tǒng)的油污染成真空系統(tǒng)的油污染。由于這個(gè)原。由于這個(gè)原因，在材料表面分析儀器和其他超因，在材料表面分析儀器和其他超高真空系統(tǒng)中一般不采用油擴(kuò)散泵。高真空系統(tǒng)中一般不采用油擴(kuò)散泵。5510-310-1torr10-410-7torr加熱器200oCoiljet冷卻水管道油擴(kuò)散泵便宜便宜, 耐用耐用返油返油加熱慢加熱慢 (0.5 hr) & 冷卻慢冷卻慢 (2 hr)電消耗量大電消耗量大原理原理:油分子（大分子）的動(dòng)油分子（大分子）的動(dòng)量量 氣體分子的動(dòng)量，氣體分子的動(dòng)量，傳遞動(dòng)量實(shí)現(xiàn)被抽分子傳遞動(dòng)量實(shí)現(xiàn)被抽分子的定向運(yùn)動(dòng)，的定向運(yùn)動(dòng)， 而油

40、分子而油分子本身幾乎不受影響。本身幾乎不受影響。564、 渦輪分子泵渦輪分子泵 Turbo Molecular Pumps動(dòng)量傳輸作用動(dòng)量傳輸作用 利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子碰撞氣體分子并把其趨向排氣口利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子碰撞氣體分子并把其趨向排氣口57渦輪分子泵渦輪分子泵（Turbo pumb）工作原理：工作原理： 靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)氣體分子施加靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)氣體分子施加作用，并使氣體分子向特定方向作用，并使氣體分子向特定方向運(yùn)動(dòng)的原理來(lái)工作的。渦輪分子運(yùn)動(dòng)的原理來(lái)工作的。渦輪分子泵的轉(zhuǎn)子葉片具有特定的形狀，泵的轉(zhuǎn)子葉片具有特定的形狀，以以20000-30000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分的高速旋轉(zhuǎn)，分的高速旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)量傳給氣體

41、分子，多級(jí)葉片將動(dòng)量傳給氣體分子，多級(jí)葉片的連續(xù)壓縮保證了分子泵的高效的連續(xù)壓縮保證了分子泵的高效快速的工作。快速的工作。58分子泵的主要特點(diǎn)是分子泵的主要特點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)迅速，噪聲小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抽速大，啟動(dòng)迅速，噪聲小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抽速大，不需要任何工作液體。不需要任何工作液體。 渦輪分子泵渦輪分子泵對(duì)小分子壓縮比低：對(duì)小分子壓縮比低： for H2, 103 左右左右由于渦輪分子泵對(duì)于氣體的壓縮比很高，因而其油蒸氣的回流由于渦輪分子泵對(duì)于氣體的壓縮比很高，因而其油蒸氣的回流可以被完全忽略。渦輪分子泵的極限真空度可以達(dá)到可以被完全忽略。渦輪分子泵的極限真空度可以達(dá)到10-8Pa的數(shù)的數(shù)量級(jí)，抽速可

42、達(dá)量級(jí)，抽速可達(dá)1000Ls，而適用的壓力范圍是在而適用的壓力范圍是在110-8Pa之之間間，因而，在使用中多用旋片式機(jī)械泵作為其前級(jí)泵。由于渦，因而，在使用中多用旋片式機(jī)械泵作為其前級(jí)泵。由于渦輪分于泵的價(jià)格較高，因而多使用在需要嚴(yán)格限制油蒸氣污染輪分于泵的價(jià)格較高，因而多使用在需要嚴(yán)格限制油蒸氣污染的高真空系統(tǒng)之中。的高真空系統(tǒng)之中。595、 低溫吸附泵（冷泵）低溫吸附泵（冷泵）l工作原理：工作原理： 依靠氣體分子在低溫條件（依靠氣體分子在低溫條件（100 K）下自發(fā)凝結(jié)或被其）下自發(fā)凝結(jié)或被其它物質(zhì)表面吸附的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分子的去除，進(jìn)而獲得它物質(zhì)表面吸附的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分子的去除，進(jìn)而

43、獲得高真空的裝置高真空的裝置 。 真空度依賴于低溫溫度，吸附物質(zhì)的表面積和吸附氣體真空度依賴于低溫溫度，吸附物質(zhì)的表面積和吸附氣體的種類等。的種類等。l優(yōu)點(diǎn)：無(wú)振動(dòng)，抽速快優(yōu)點(diǎn)：無(wú)振動(dòng)，抽速快l廣泛用于受控核聚變，粒子加速器和現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域廣泛用于受控核聚變，粒子加速器和現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域l極限真空度一般處于極限真空度一般處于10-110-8Pa之間之間60l抽氣原理分成以下三個(gè)機(jī)構(gòu)：（1）低溫冷凝（2）低溫吸附（3）低溫捕獲 低溫吸附泵（冷泵）低溫吸附泵（冷泵）低溫吸附泵對(duì)各種氣體的抽速低溫吸附泵對(duì)各種氣體的抽速均很大，因?yàn)樗艽螅驗(yàn)樗蝗Q于氣體只取決于氣體分子向冷凝表面方向運(yùn)動(dòng)的

44、速分子向冷凝表面方向運(yùn)動(dòng)的速度和參與冷凝過(guò)程的泵體內(nèi)表度和參與冷凝過(guò)程的泵體內(nèi)表面積。面積。低溫吸附泵的運(yùn)轉(zhuǎn)成本低溫吸附泵的運(yùn)轉(zhuǎn)成本較高，但它作為獲得無(wú)油高真較高，但它作為獲得無(wú)油高真空環(huán)境的一種手段，既可以只空環(huán)境的一種手段，既可以只配以旋片泵等低真空泵種作為配以旋片泵等低真空泵種作為惟一的高真空泵使用，又可以惟一的高真空泵使用，又可以與其他高真空泵種，如渦輪分與其他高真空泵種，如渦輪分子泵等聯(lián)合使用。子泵等聯(lián)合使用。61工作原理：工作原理： 高壓陰極發(fā)射出的高速電子與高壓陰極發(fā)射出的高速電子與殘余氣體分子碰撞引起電離放電，殘余氣體分子碰撞引起電離放電，電離的氣體分子高速撞擊電離的氣體分子高

45、速撞擊TiTi陰極濺陰極濺射出大量射出大量TiTi原子。原子?；钚院芨叩幕钚院芨叩腡iTi原原子子以吸附或化學(xué)反應(yīng)的形式捕獲大以吸附或化學(xué)反應(yīng)的形式捕獲大量氣體分子并使其在泵體內(nèi)沉積下量氣體分子并使其在泵體內(nèi)沉積下來(lái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)油高真空環(huán)境。來(lái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)油高真空環(huán)境。特點(diǎn)：氣體活性大，抽速大；壽命有限。特點(diǎn)：氣體活性大，抽速大；壽命有限。極限真空度：極限真空度：10-8 Pa。Ti升華泵升華泵6、 濺射離子泵濺射離子泵62優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：濺射離子泵是一種獲得清潔超高真空的真空獲得設(shè)備，它具濺射離子泵是一種獲得清潔超高真空的真空獲得設(shè)備，它具有清潔、真空度高、無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。離有清潔、真空

46、度高、無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。離子泵工作是封閉系統(tǒng)，不需要有連續(xù)工作的前級(jí)真空系統(tǒng)。子泵工作是封閉系統(tǒng)，不需要有連續(xù)工作的前級(jí)真空系統(tǒng)。 應(yīng)用：應(yīng)用：濺射離子泵是無(wú)油超高真空機(jī)組的主泵，可應(yīng)用于高能粒子濺射離子泵是無(wú)油超高真空機(jī)組的主泵，可應(yīng)用于高能粒子加速器，受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置、電真空器件、半導(dǎo)體材料制備、加速器，受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置、電真空器件、半導(dǎo)體材料制備、電子顯微鏡、質(zhì)譜儀等科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及其它需要超高真空的電子顯微鏡、質(zhì)譜儀等科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及其它需要超高真空的工業(yè)設(shè)備中工業(yè)設(shè)備中63工作方式工作方式類型類型抽氣類型抽氣類型工作原理工作原理極限真空極限真空優(yōu)點(diǎn)與使用優(yōu)點(diǎn)與使用缺點(diǎn)缺點(diǎn)機(jī)

47、械泵機(jī)械泵螺旋機(jī)械葉螺旋機(jī)械葉片泵片泵氣體由特定空氣體由特定空間內(nèi)除去并排間內(nèi)除去并排除至大氣除至大氣氣體壓縮或氣體壓縮或膨脹膨脹10-2 Pa結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單獨(dú)使用或單獨(dú)使用或者作為前級(jí)者作為前級(jí)泵。泵。存在油污染存在油污染及水蒸氣的及水蒸氣的問(wèn)題。問(wèn)題。變?nèi)莘e式泵變?nèi)莘e式泵羅茨羅茨(Roots)泵泵無(wú)油真空系無(wú)油真空系統(tǒng)，價(jià)格較統(tǒng)，價(jià)格較貴，需要機(jī)貴，需要機(jī)械泵預(yù)抽真械泵預(yù)抽真空；空；泵體與轉(zhuǎn)子泵體與轉(zhuǎn)子發(fā)熱、膨脹，發(fā)熱、膨脹，造成泵體損造成泵體損壞；當(dāng)氣體壞；當(dāng)氣體壓力低于壓力低于10-1 Pa時(shí)，氣體時(shí)，氣體回流造成抽回流造成抽速降低速降低氣體動(dòng)力式氣體動(dòng)力式渦輪分子泵渦輪分子泵

48、分子牽引分子牽引10-8 Pa與旋片機(jī)械與旋片機(jī)械泵串聯(lián)使用，泵串聯(lián)使用，需要機(jī)械泵需要機(jī)械泵抽預(yù)真空抽預(yù)真空(1Pa)；無(wú)油；無(wú)油污染。污染。價(jià)格昂貴。價(jià)格昂貴。捕獲式捕獲式冷泵冷泵欲除之氣體不欲除之氣體不排除大氣，而排除大氣，而是通過(guò)物理或是通過(guò)物理或化學(xué)的方式永化學(xué)的方式永久或暫時(shí)吸附久或暫時(shí)吸附在系統(tǒng)中在系統(tǒng)中物理吸收作物理吸收作用用10-8 Pa需要機(jī)械泵需要機(jī)械泵抽預(yù)真空抽預(yù)真空(10-1pa)；無(wú)；無(wú)油高真空，油高真空，無(wú)振動(dòng)，抽無(wú)振動(dòng)，抽速快。速快。價(jià)格較貴；價(jià)格較貴；高溫時(shí)，被高溫時(shí)，被吸附的氣體吸附的氣體又釋放出來(lái)。又釋放出來(lái)。離子泵離子泵壽命有限壽命有限64說(shuō)明：說(shuō)明：由

49、于不同的泵種的工作壓力范圍不同，實(shí)際由于不同的泵種的工作壓力范圍不同，實(shí)際運(yùn)用中為達(dá)到一定的真空度，將兩種或以上真空泵運(yùn)用中為達(dá)到一定的真空度，將兩種或以上真空泵組合起來(lái)形成真空泵機(jī)組。組合起來(lái)形成真空泵機(jī)組。65真空計(jì)真空計(jì)絕對(duì)真空計(jì)絕對(duì)真空計(jì)：通過(guò)測(cè)定物理參數(shù)直接獲得氣體壓強(qiáng)的真空計(jì) U型壓力計(jì)、壓縮式真空計(jì)型壓力計(jì)、壓縮式真空計(jì)測(cè)量的物理參數(shù)與氣體成分無(wú)關(guān)，測(cè)量比較準(zhǔn)確相對(duì)真空計(jì)：相對(duì)真空計(jì)：通過(guò)測(cè)量與壓強(qiáng)有關(guān)的物理量，并與絕對(duì)真空計(jì)比較后得到壓強(qiáng)值的真空計(jì) 放電真空計(jì)、熱傳導(dǎo)真空計(jì)、電離真空計(jì)放電真空計(jì)、熱傳導(dǎo)真空計(jì)、電離真空計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確度略差，而且與氣體的種類有關(guān)真空真空氣壓計(jì)是測(cè)量

50、真空度或氣壓的儀器簡(jiǎn)稱氣壓計(jì)是測(cè)量真空度或氣壓的儀器簡(jiǎn)稱真空真空計(jì)計(jì)（Vacuum gauges）又稱真空規(guī)又稱真空規(guī)。是依。是依據(jù)據(jù)各各種種物理原理來(lái)量物理原理來(lái)量測(cè)壓測(cè)壓力或分子力或分子數(shù)數(shù)目目的多少。的多少。在科研和工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。在科研和工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。66 由儀器測(cè)出的真空度與真空室的實(shí)際真空度之間可能會(huì)由于溫度不同而存在誤差。 在分子流狀態(tài)，而且真空室與測(cè)量點(diǎn)之間存在較細(xì)的管道連接時(shí)，測(cè)量壓力pm和實(shí)際壓力pc之間的關(guān)系將可由分子凈通量為零的條件得出：mcmcTTppTc、Tm 真空室和測(cè)量點(diǎn)處氣體溫度67681、 電阻真空計(jì)（皮拉尼真空規(guī)）電阻真空計(jì)（皮拉尼真空規(guī)）真空室

51、的壓強(qiáng)和燈絲電阻之間真空室的壓強(qiáng)和燈絲電阻之間的存在的關(guān)系為：的存在的關(guān)系為：PR測(cè)量真空的范圍是測(cè)量真空的范圍是10510-2Pa低壓下，氣體的熱傳導(dǎo)與壓強(qiáng)有關(guān)低壓下，氣體的熱傳導(dǎo)與壓強(qiáng)有關(guān)21QQQQ1輻射熱量、輻射熱量、Q2氣體分子碰氣體分子碰撞燈絲帶走的熱量撞燈絲帶走的熱量熱傳導(dǎo)真空計(jì)的一種，測(cè)定熱絲電阻值隨溫度變化熱傳導(dǎo)真空計(jì)的一種，測(cè)定熱絲電阻值隨溫度變化類型：定溫度型，定電流型類型：定溫度型，定電流型 和定電壓型。和定電壓型。69直接用熱電偶測(cè)量熱絲溫度直接用熱電偶測(cè)量熱絲溫度2、 熱偶真空計(jì)熱偶真空計(jì)321QQQQQ1輻射熱量、輻射熱量、Q2燈絲與熱偶燈絲與熱偶絲的傳導(dǎo)熱量、絲

52、的傳導(dǎo)熱量、Q3氣體分子氣體分子碰撞燈絲帶走的熱量碰撞燈絲帶走的熱量氣體壓強(qiáng)和熱電偶的電動(dòng)勢(shì)之間氣體壓強(qiáng)和熱電偶的電動(dòng)勢(shì)之間的存在的關(guān)系為：的存在的關(guān)系為：P測(cè)量真空的范圍是測(cè)量真空的范圍是10210-1Pa70 熱偶真空規(guī)不能用于較低或較高真空度的測(cè)量熱偶真空規(guī)不能用于較低或較高真空度的測(cè)量。在氣體。在氣體壓力高于壓力高于100Pa的情況下，氣體的熱導(dǎo)率將不再隨氣體壓力的情況下，氣體的熱導(dǎo)率將不再隨氣體壓力而顯著變化。這時(shí)，用熱絲溫度測(cè)量氣體壓力方法的靈敏而顯著變化。這時(shí)，用熱絲溫度測(cè)量氣體壓力方法的靈敏程度將迅速下降。而當(dāng)氣體壓力低于程度將迅速下降。而當(dāng)氣體壓力低于0.1Pa以后，由氣體分

53、以后，由氣體分子傳導(dǎo)走的熱量在總加熱功率中的比例過(guò)小，測(cè)量的靈敏子傳導(dǎo)走的熱量在總加熱功率中的比例過(guò)小，測(cè)量的靈敏度也將呈下降趨勢(shì)。度也將呈下降趨勢(shì)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：在測(cè)量區(qū)間內(nèi)指示值呈非線性，測(cè)量結(jié)果與氣體種：在測(cè)量區(qū)間內(nèi)指示值呈非線性，測(cè)量結(jié)果與氣體種類有關(guān)，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重等。類有關(guān)，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重等。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：儀器的：儀器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。熱電勢(shì)隨氣體壓力的變熱電勢(shì)隨氣體壓力的變化曲線化曲線71熱偶真空規(guī)和皮拉尼真空規(guī)熱偶真空規(guī)和皮拉尼真空規(guī)共同點(diǎn)：共同點(diǎn)：熱偶真空規(guī)和皮拉尼規(guī)都是熱偶真空規(guī)和皮拉尼規(guī)都是以氣體的熱導(dǎo)率以氣體的熱導(dǎo)率隨氣體壓力的變化為基礎(chǔ)隨氣體壓力的變化為基

54、礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的，它們是而設(shè)計(jì)的，它們是低真空時(shí)低真空時(shí)最常用的測(cè)量手段最常用的測(cè)量手段。熱偶真空規(guī)和皮拉尼真空規(guī)區(qū)別：熱偶真空規(guī)和皮拉尼真空規(guī)區(qū)別：熱偶真空規(guī)：通過(guò)測(cè)量熱偶真空規(guī)：通過(guò)測(cè)量熱絲溫度熱絲溫度實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)皮拉尼真空規(guī)：通過(guò)測(cè)量皮拉尼真空規(guī)：通過(guò)測(cè)量熱絲的電阻隨溫度的變化熱絲的電阻隨溫度的變化實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)723、 電離真空計(jì)電離真空計(jì)測(cè)量高真空測(cè)量高真空利用氣體分子電離原理進(jìn)行真空測(cè)量的利用氣體分子電離原理進(jìn)行真空測(cè)量的l工作原理：它由陰極，陽(yáng)極和離工作原理：它由陰極，陽(yáng)極和離子收集極組成，熱陰極發(fā)射電子子收集極組成，熱陰極發(fā)射電子飛向陽(yáng)極過(guò)程中，使氣體分子電飛向陽(yáng)極過(guò)程中，使氣體分子電離，并被收集電極收集形成電流，離，并被收集電極收集形成電流，根據(jù)根據(jù)離子電流強(qiáng)度離子電流強(qiáng)度測(cè)出氣體壓強(qiáng)。測(cè)出氣體壓強(qiáng)。l特點(diǎn)與使用：屬高真空和超高真特點(diǎn)與使用：屬高真空和超高真空測(cè)量，通常與熱偶規(guī)同時(shí)使用?？諟y(cè)量，通常與熱偶規(guī)同時(shí)使用。陰極發(fā)射的電子電流強(qiáng)度Ie、氣體分子的碰撞截面、氣體分子的密度73WLPIIei 電子加速后，與氣體分子碰撞產(chǎn)生電離，產(chǎn)生的正離子數(shù)電子加速后，與氣體分子碰撞