标签: 真空

真空环境是很多精密设备运转的前提条件，由于目前自然真空的利用十分困难，因此一般通过真空泵获取真空环境。用来获得、改善、维持真空的装置称为真空泵。一般来说，为了获得高真空、超高真空及ji高真空，有时还要采用多台真空泵构成机组来完成抽气任务。因此，了解各种真空泵的工作原理、主要性能、结构特点等，对于正确选择经济适用的真空泵是非常重要的。 zui常用的真空泵就是机械泵，它通过转子旋转，将空气从吸气口吸入，然后从出气口排出。机械泵能够达到的真空度大概为 1Pa 。但是这样的真空度还远远达不到很多物理实验的要求，所以更高要求的真空环境就需要用到涡轮分子泵或磁悬浮分子泵来获得。涡轮分子泵是利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。由于涡轮分子泵需要在粗真空下才能正常工作，一般利用机械泵作为其前级泵。分子泵进入正常转速后利用烘烤的手段可得到 1E-8Pa 的极限压力。 分子泵的高转速也使得其十分“脆弱”，一粒灰尘甚至气体本身都会对运转中的叶片造成巨大的伤害。并且只要分子泵在启动状态，前级机械泵就需要一直维持运转。启动和关闭都要严格遵循程序，否则就可能造成“机毁泵亡”。

真空环境的获得比较困难，尤其是超高真空环境，其中主要的影响因素有以下几点： 1. 部件生产过程中，其表面不可避免的会附着金属碎屑和灰尘，因此在进行抽空作业前，必须对部件表面进行清洁，以保证环境尽快达到所需要求。 2. 在温度和压力的作用下，所有物质都可以通过冷凝和蒸发在固液气三种状态下变化，因此物质的聚集状态对真空环境的影响巨大。 3. 吸附在部件表面的气体在真空环境下会被解吸，之后逸到真空环境中，影响真空系统、另外真空系统通常由不同的密封件连接在一起，由于密封质量的不同，因此整体的漏率对真空环境影响较大。 4. 为了获得高质量的真空环境，在操作过程中，可使用烘烤的方法增加气体的解吸和扩散，以便设备能更多的抽出金属中逸出的气体。 5. 由于解吸过程缓慢，为了防止冷凝蒸汽（如水蒸气和其他可冷凝物）吸附在真空室内壁上，造成避免不必要的污染，应该使用干燥的氮气代替空气对真空室进行排气。 ​

在真空科学与技术中， “ 真空 ” 词被理解为低于一个标准大气压的气体状态。这种状态同正常的大气状态相比较，气体较为稀薄，即单位体积内的分子数目较少，分子之间或分子与其它粒子（如电子、离子）之间的碰撞几率减少，分子在单位时间内碰撞于单位表面积（如器壁）上的次数也相对减少。这些是 “ 真空 ” 的主要特性。真空常用帕斯卡（ Pa ）或托尔（ Torr ）作为压力的单位（ 1 Torr = 133.3 Pa ）。在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。 真空技术专业名词 1. 标准大气压 在重力加速度为 980.665cm/s2 ，水银温度为 0 ℃，密度为 13.5951g/cm3 的条件下， 760mm 高的汞柱产生的压力，称为标准大气压。一个标准大气压的值为： 2. 真空度 表示真空状态下气体的稀薄程度，通常用压力值来表示。 3. 真空区域划分 低真空： 1E5Pa ～ 1E2Pa 中真空： 1E2Pa ～ 1E-1Pa 高真空： 1E-1Pa ～ 1E-5Pa 超高真空： 1E-5Pa ～ 1E-9Pa 极高真空：低于 1E-9Pa 4. 全压力 混合气体中所有组分压力的总和。 5. 分压力 混合气体中某一组分的压力。 6. 平均自由程 一个分子与其它气体分子每连续两次碰撞之间的平均路程，叫平均自由程。平均自由程与压力、温度及分子直径等因素有关。对于室温下的空气，平均自由程近似值由下式给出： ​式中 λ —平均自由程， m ； p —气体压力， Pa 。 7. 粘滞流 气体分子的平均自由程远小于导管最小截面尺寸的流态。因此，流动取决于气体的粘滞性，粘滞流可以是层流或滞流。 8. 分子流 气体分子的平均自由程远大于导管截面最大尺寸的流态。 9. 中间流 在粘滞流和分子流之间状态下气体通过导管的流动。 10. 流量 在给定时间间隔内通过某一截面的气体量除以该时间。 11. 吸附 固体或液体对气体或蒸气的捕集现象。 12. 解吸 被材料吸附的气体或蒸气的释放现象。 13. 去气 气体从材料中人为的解吸。 14. 放气 气体从材料中自然的解吸。 15. 渗透 气体通过固体阻挡层的现象。 注：只列出常用真空技术术语，如果需要其它术语的解释，请查阅真空标准 GB/T3163-2007 。

真空对人类主要的贡献有两点：对基础研究来说，提供了最清洁和最少受外界干扰的实验环境；对工业生产来说，则可以制造性能最优越、甚至自然界前所未有的材料。随着真空技术在航空航天和军工、光伏发电以及半导体等领域的应用，它已经成为工业体系不可或缺的重要技术。目前真空技术受到世界各国的重视，真空腔体、技术、材料、配件等有着广阔的市场前景。高真空度真空腔体消费群体由下游企业构成，高真空度真空腔体主要运用于半导体制造、太阳能装备制造、光纤制造、食品机械、真空镀膜设备、医疗设备等行业。 ​

在大多数超高真空系统中进行的烘烤过程可能会损坏温度传感器结构中使用的材料。即使传感器能够承受较高的烘烤温度，传感器的校准也可能发生变化。如果没有烘烤，传感器中的一些材料（例如 Stycast® ）也可能会作为泄漏干扰高真空。各种类型的环氧树脂和陶瓷可能会产生相当大的放气，其中一些材料无法在高温烘烤中幸存下来。采用适当的封装、二极管、 Cernox, 铑铁和铂 RTD 可以容易地用于需要高温烘烤的超高真空系统中。 在超高真空环境中需要注意的具体因素有： 在这种环境中使用传感器之前，检查传感器的结构材料与超高真空的兼容性。这包括热润滑脂、环氧树脂和焊料（例如，由于蒸汽压力， Apiezon®N 润滑脂不能在这些系统中使用）。 焊料可能不兼容。可能需要焊接。 低温电线使用的典型绝缘材料可能与高温烘烤和超高真空不兼容，原因是热额定值和放气。 用于 二极管 SD 封装被认为是超高压兼容的。 Cernox 传感器有一个特殊的封装使用点焊铂导线。