真空泵与阀门.doc

真空泵：一、 概要：真空泵是获得真空的设备，根据自身极限真空的能力将真空泵分为低真空泵和高真空泵。表1.对常用真空泵进行了分类归纳。表1.常用真空泵的分类：分类极限真空应用真 空 泵气 体 移 动 式位 移 式卷泵（Scroll pump）7.510-3TorrCD-SEM油回转泵（Oil sealed rotary pump）7.510-5TorrII/SP罗茨泵（roots blower, roots pump）510-5TorrII/SP/Dry/CVD水环泵 (water ring pump)510-3Torr活塞泵 (piston pump)510-3Torr隔膜泵 (diaphragn pump)510-3TorrII/Anneal动 力 式扩散泵 (diffusion pump)110-8TorrII喷射泵 (ejection pump)分子泵 (turbo molecular pump)510-9TorrII/SP/Dry/分子拖曳泵 (molecular drag pump)气 体 凝 聚 式吸气泵 (sorption pump)冷冻陷阱 (cold trap)冷凝泵 (cryo pump)510-9TorrII/SP/Dry/溅射离子泵 (spuutter ion pump,SIP) 新闻中心 1、真空的定义 真空系统指低于该地区大气压的稀簿气体状态。 2、真空度 处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”来表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。3、真空度单位 通常用托（Torr）为单位，近年国际上取用帕（Pa）作为单位。1托1/760大气压1毫米汞柱4、托与帕的转换 1托133.322帕或1帕7.510-3托5、平均自由程 作无规则热运动的气体粒子，相继两次碰撞所飞越的平均距离，用符号“”表示。6、流量 单位时间流过任意截面的气体量，符号用“Q”表示，单位为帕升/秒（PaL/s）或托升/秒（TorrL/s）。7、流导 表示真空管道通过气体的能力。单位为升/秒（L/s），在稳定状态下，管道流导等于管道流量除以管道两端压强差。符号记作“U”。 UQ/(P2- P1)8、压力或压强 气体分子作用于容器壁的单位面积上的力，用“P”表示。9、标准大气压 压强为每平方厘米101325达因的气压，符号：（Atm）。10、极限真空 真空容器经充分抽气后，稳定在某一真空度，此真空度称为极限真空。通常真空容器须经12小时炼气，再经12小时抽真空，最后一个小时每隔10分钟测量一次，取其10次的平均值为极限真空值。11、抽气速率 在一定的压强和温度下，单位时间内由泵进气口处抽走的气体称为抽气速率，简称抽速。即SpQ/（PP0）12、热偶真空计 利用热电偶的电势与加热元件的温度有关，元件的温度又与气体的热传导有关的原理来测量真空度的真空计。13、电离真空计（又收热阴极电离计） 由筒状收集极，栅网和位于栅网中心的灯丝构成，筒状收集极在栅网外面。热阴极发射电子电离气体分子，离子被收集极收集，根据收集的离子流大小来测量气体压强的真空计。14、复合真空计 由热偶真空计与热阴极电离真空计组成，测量范围从大气10-5Pa。15、冷阴极电离计 阳极筒的两端有一对阴极板，在外加磁场作用，阳极筒内形成潘宁放电产生离子，根据阴极板收集的离子流的大小来测定气体压强的真空计。16、电阻真空计 利用加热元件的电阻与温度有关，元件的温度又与气体传导有关的原理，通过电桥电路来测量真空度的真空计。17、麦克劳真空计（压缩式真空计） 将待测的气体用汞（或油）压缩到一极小体积，然后比较开管和闭管的液柱差，利用玻义尔定律直接算出气体压强的一种绝对真空计。18、BA规 这是一种阴极与收集极倒置的热阴极电离规。收集极是一根细丝，放在栅网中心，灯丝放在栅网外面，因而减少软X射线影响，延伸测量下限，可测超高真空。19、水环真空泵 泵的叶轮转子旋转而产生水环。由于转子偏心旋转而使水环与叶片间容积发生周期性改变而进行抽气的机械真空泵。20、往复真空泵 利用活塞的往复运动而进行抽气的机械真空泵。21、油封机械真空泵 用油来保持密封的机械真空泵，可分为定片式、旋片式、滑阀式、余摆线式等。22、罗茨真空泵 具有一对同步高速旋转的鞋底形转子的机械真空泵，此泵不可以单独抽气，前级需配油封、水环等可直排大气的真空泵。23、涡轮分子真空泵 有一高速旋转的叶轮，当气体分子与高速旋转的涡轮叶片相碰撞时就被驱向出气口再由前级泵抽除。24、油扩散真空泵 扩散泵喷口中喷出高速蒸汽流。在分子流条件下，气体分子不断地向蒸流中扩散，并被蒸汽带向泵出口处逐级被压缩后再由前级泵排除。25、低温真空泵 利用20K以下的低温表面凝聚吸附气体的真空泵。26、冷阱（水冷挡板） 置于真空容器和泵之间，用于吸附气体或捕集油蒸汽的装置。27、气镇阀 油封机械真空泵的压缩室上开一小孔，并装上调节阀，当打开阀并调节入气量，转子转到某一位置，空气就通过此孔掺入压缩室以降低压缩比，从而使大部分蒸汽不致凝结而和掺入的气体一起被排除泵外起此作用的阀门称为气镇阀。28、真空冷冻干燥 真空冷冻干燥，也称升华干燥。其原理是将材料冷冻，使其含有的水份变成冰块，然后在真空下使冰升华而达到干燥目的。29、真空蒸镀 在真空环境中，将材料加热并镀到基片上称为真空蒸镀，或叫真空镀膜。30、真空干燥 利用真空环境下沸点低的特点来干燥物品的方法。31、真空系统常用名称 (1)主泵：在真空系统中，用于获得所需要真空度来满足特定工艺要求的真空泵，如真空镀膜机中的油扩散泵就是主泵。(2)前级泵：用于维持某一真空泵前级压强低于其临界前级压强的真空泵。如罗茨泵前配置的旋片或滑阀泵就是前级泵。(3)粗抽泵：从大气压下开始抽气，并将系统压力抽到另一真空泵开始工作的真空泵。如真空镀膜机中的滑阀泵，就是粗油泵。(4)维持泵：在真空系统中，气量很小时，不能有效地利用前级泵。为此配置一种容量较小的辅助泵来维持主泵工作，此泵叫维持泵。如扩散泵出口处配一台小型旋片泵，就是维持泵。版主金币2325 枚贡献844 点4.气体分子的某一次自由程取值完全是随机的,但大量自由程的长度分布却服从一定的统计规律.气体分子自由程大于一给定长度的几率为(16)类似地可得出,电子或离子在气体中运动的自由程大于一给定长度的几率为(17)(18)利用这种分布规律,结合平均自由程计算公式(12)(15),可以计算出做定向运动的粒子束流穿过空间气体时的散失率,或根据所限定的散失率确定空间气体所必须达到的真空度.例如:一台离子束真空设备中,高能离子流由离子源射向25cm处的靶,若要求离子流与真空室内残余气体分子碰撞的散失率小于5%,那么温度为27oC的残余气体压力应为多少?根据题意,可知当=O.25m时,要求 Pi(i>)1%5%,由(18)式,解出 exp(-0.25/i)0.95,则i0.25/(-ln0.95),即i4.87m.再将此结果代入(15)式得 kT/2p4.87m;取空气的分子有效直径 =3.72 * 10-10m,则要求残余气体压力 p1.38 * 10-23 * 300/(*3.722*10-20*4.87),即p1.95 * 10-3Pa.5.关于气体分子对所接触固体表面(如容器壁)的碰撞问题,可以从入射方向和入射数量二方面加以讨论.若一立体角dw与面积元ds的法线间的夹角为,则单位时间内由dw方向飞来碰撞到ds上的气体分子数目dN与cos成正比,这就是通常所说的余弦定律:(19)单位时间内碰撞在固体表面单位面积上的气体分子数目称为气体分子对表面的入射率(m-2s-1),其计算式为:(20)根据平衡状态的假设,气体分子飞离固体表面时的方向分布及数量应与入射相一致,因此仍可按式(19)、(20)计算.克努曾余弦反射定律还说明,不论气体分子的入射方向怎样其反射都服从(19)式的余弦规律.6.如果两个相连通的真空容器温度不同,那么内部气体达到状态平衡时的参数也会有差异.在低真空条件下,即粘滞流态时,二容器的平衡条件是压力相等,二容器内气体压力、温度及分子数密度间关系为:p1 = p2 和n1/n2 = T2/T1 (21)在高真空条件下,即分子流态时,二容器内气体达到动力平衡的条件是在连通处的入射率相等,从而有关系:(22)这种由于温度不同而引起气体流动,平衡时产生压力梯度的现象,称为热流逸现象.它会给真空测量带来误差.例如某真空电阻炉热场区温度为1800K,通过细管连接的真空规管工作在300K温度下,若规管测得压强为2*10-4Pa,则可由(22)式算得炉内的真实气体压力为(22-1)三、气体流动状态的判别在真空状态下，气体通过管道的流动属于稀薄气体流动。在真空系统管路中的气流有五种流动状态：湍流(又称紊流、涡流)；湍-粘滞流；粘滞流(又称层流、粘性流、泊稷叶流)；粘滞-分子流；分子流(又称自由分子流、克努森流)。湍-粘滞流是湍流和粘滞流之间的过渡状态。粘滞-分子流是粘滞流和分子流之间的过渡状态。因为湍流仅仅发生在真空系统刚刚工作之时，持续的时间很短，发生湍-粘滞流的时间也很短，所以在真空系统的设计计算中很少考虑这两种流动状态的影响。而主要考虑粘滞流，粘滞-分子流，分子流这三种流动状态下，管道对气体的