真空技术入门资料.docx

1、真空技术入门真空：低于一个大气压的气体状态。1643 年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli) 首创著名的大气压实验，获得真空。自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。真空量度单位1 标准大气压 =760mmHg=760(Torr)1 标准大气压 =1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa真空区域的划分目前尚无统一规定，常见的划分为：粗真空105-103pa(760-10Torr)低真空103-10-1pa(10-10-3Torr)高真空10-1-10-6pa(10-3-10-8Torr)超高真空10-6-10-10pa(

2、10-8 -10-12Torr)极高真空10-10pa(p2，实现了抽气。真空泵的分类气体传输泵 : 是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以达到抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。气体捕集泵 : 是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表面的真空泵，例如分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。真空泵的主要参数抽气速率 : 定义为在泵的进气口任意给定压强下， 单位时间内流入泵内的气体体积或表示为：其中， Q 为单位时间内流入泵的气体量。泵的抽气速率S 并不是常数，随 P而变。极限压强： Pn(极限真空 )最高工作压强： Pm工作压强范围（ Pn-Pm）：泵能正常

3、工作的压强范围几种常用真空泵的工作压强范围：旋片机械泵 105-10-2pa吸附泵 105-10-2pa扩散泵 100-10-5pa涡轮分子泵 101-10-8pa溅射离子泵 100-10-10pa低温泵 10-1-10-11pa几种常用真空泵的工作原理旋片机械泵工作过程是：吸气 压缩 排气。定子浸在油中起润滑，密封和堵塞缝隙的作用。主要参量是：抽速和极限压强。由于极限压强较高，常用做前级泵 (预抽泵 )。旋片式机械泵油扩散泵工作过程是：油蒸发 喷射 凝结，重复循环由于射流具有高流速 (约 200 米/秒)、高密度、高分子量 (300500)，故能有效地带走气体分子。扩散泵不能单独使用，一般采

4、用机械泵为前级泵，以满足出口压强 ( 最大40Pa)，如果出口压强高于规定值，抽气作用就会停止。1. 水冷套；2. 喷油嘴；3. 导流管； 4. 泵壳；5. 加热器涡轮分子泵工作过程是：高速旋转叶片(30000 转/分 )对气体分子施以定向动量压缩 排气。优点：无油，洁净，启动快，制动快，可忍受大气冲击。缺点：由于高速旋转，不能在磁场中使用， 否则会产生涡流， 导致叶轮发热、变形等严重后果，对氢气等轻质气体抽速较小，价格昂贵。1. 动叶轮； 2. 泵壳； 3. 涡轮排； 4. 中频电动机； 5. 底座；6. 出气口法兰； 7. 润滑油池； 8. 静叶轮； 9. 电机冷却水管 .真空的测量 真空

5、计绝对真空计直接测量真空度的量具，如U 型计、压缩真空计 (麦克劳真空计 )。压缩型真空计测量范围： 103 10-3 PaU 型计测量范围： 105 10 Pa相对真空计直接测量与压强有关的物理量，再与绝对真空计相比较进行标定的真空计。热偶真空计 (热传导真空计 )测量范围： 100 -10-1Pa测量下限：热丝温度较高， 气体分子热传导很小， 热丝引线本身的热传导和热辐射引起的热量减小占主导地位，这两部分与压强无关。热电偶规管及其电路原理热阴极电离真空计原理：电子与气体分子碰撞引起分子电离，形成电子和正离， 电子最终被加速极收集，正离子被收集极接收形成离子流：I + = kI e p =

6、cp其中， k 称为电离计的灵敏度，是单位电子电流、单位压强下的离子流。测量范围： 1.3310-1 1.33 10-5 Pa测量下限：高速电子打到加速极G G 产生软 x 射线 软 x 射线射向收集极 c 收集极 c 产生光电发射 产生电子流 Ix Ix 与 I+方向相反，与压强无关。电离规管电离计线路图理论解释：当 p 较高时， kx / p k，此时I +与压强无关B A 真空计 (超高真空熱阴极电离计 )50 年代初， Bayard 和 Alpert经过改进电离规， 减小光电流，减小受照面积，制成 B-A 规，收集极面积减小了1001000 倍，测量下限也降低100 1000 倍。0.

7、2mm 的钨丝测量下限可达 10-8 10-9 pa4 m 的钨丝测量下限可达 10-10 paB-A 真空规管1. 离子收集极； 2. 加速极（栅极） 3. 阴极灯丝； 4. 外壳真空镀膜真空溅射：当高能粒子 (电场加速的正离子 )打在固体表面时，与表面的原子、分子交换能量，从而使这些原子、分子飞溅出来。真空蒸发：在真空中把制作薄膜的材料加热蒸发，使其淀积在适当的表面上。真空蒸发镀膜简介真空系统 (DM 300 镀膜机 )真空系统 (DM 300 镀膜机 )蒸发系统蒸发系统蒸发源蒸发源的形状如下图，大致有螺旋式(a)、篮式 (b)、发叉式 (c)和浅舟式(d)等。蒸发源膜厚的计算在真空中气体分子的平均自由程为：L = 0.65 / p (cm)，其中 p 的单位是 Pa。当 p = 1.310-3 Pa 时，L 500 cm。L 基片到蒸发源的距离，分子作直线运动。设蒸发源为点蒸发源，单位时间内通过任何方向一立体角d的质量为：蒸发物质到达任一方向面积元ds 质量为：设蒸发物的密度为，单位时间淀积在ds 上的膜厚为 t，则：比较以上两式可得：对于平行平面 ds， =，则上式为：由：可得：在点源的正上方区域(=0)时：薄膜厚度的测量干涉显微镜法干涉条纹间距0，条纹移动，台阶高为测出0 和，即可测得膜厚t，其中为单色光波长，如用白光，取称重法如果薄膜面积