《真空技术基础》课件

真空技术基础探索微观世界的关键技术精确控制气体分子行为的科学与艺术课程概述课程目标主要内容学习方法掌握真空技术基本理论真空原理、设备、应用理论结合实践第一章真空的基本概念真空的定义真空度的分类气体密度低于大气状态低真空、中真空、高真空、超高真空真空的物理特性分子运动论平均自由程气体分子无规则热运动分子两次碰撞间平均距离运动速度与温度相关真空度提高，自由程增加分子碰撞频率随密度变化影响气体传热、扩散速率真空中的气体行为理想气体状态方程关系PV=nRT分子热运动速度与温度相关气体流动类型分子流、过渡流、黏性流真空度单位单位名称符号换算关系帕斯卡基本单位Pa托Torr1Torr=

133.322Pa毫巴mbar1mbar=100Pa大气压atm1atm=101325Pa第二章真空系统组成真空腔体真空泵承载工艺过程的容器抽除气体的核心部件真空阀门真空测量仪器控制气体流动路径监测真空度的装置真空腔体设计原则密封性能防止大气泄漏结构设计承受大气压力材料选择低气体释放率真空系统的泄漏泄漏类型真实泄漏与虚拟泄漏泄漏影响降低真空度，污染系统检测方法氦质谱法，压力升降法第三章真空泵概述真空泵分类性能参数气体传输泵极限压力••气体捕获泵抽气速率••动力泵与静力泵压缩比••工作范围•机械真空泵旋片式真空泵罗茨真空泵螺杆真空泵常用粗抽泵，达大抽速，需前级泵无油工作，噪音低10^-2Pa旋片式真空泵工作原理吸气1偏心转子旋转，形成扩大空间压缩2旋片切割气体，体积减小排气3压缩气体推开排气阀循环4连续重复上述过程罗茨真空泵工作原理结构特点气体输运性能特点两个字形转子同步转子与泵壁形成密封空大抽速，无内部压缩8反向旋转间螺杆真空泵工作原理结构组成一对互相啮合螺旋转子工作过程气体沿螺旋槽道移动排气机制螺旋槽容积逐渐减小分子泵和涡轮分子泵分子泵涡轮分子泵应用范围转子高速旋转叶片呈涡轮状排列半导体制造给分子提供动量转速可达几万转分表面分析/实现定向输运可获得超高真空粒子加速器扩散泵加热油蒸气工作油被加热形成高速蒸气流喷射扩散蒸气流喷射捕获气体分子冷凝回流壁面冷却凝结油蒸气排出气体气体被前级泵排出低温泵工作原理性能特点低温冷凝和吸附气体无震动，无污染液氮或液氦制冷高抽速，极高真空应用领域空间模拟超导技术粒子物理实验离子泵和溅射离子泵离子泵原理溅射离子泵特点电子电离气体钛材料不断溅射离子轰击钛表面形成新鲜吸附面气体被钛吸附适用超高真空系统真空泵的选择工艺要求所需真空度和洁净度技术参数抽速和极限压力经济因素投资和运行成本第四章真空测量技术压力测量热导测量真空压力直接测量基于气体热导率变化分子测量电离测量基于分子运动特性气体分子电离测量机械式真空规热偶真空规⁻⁻10³10¹下限压力上限压力Pa Pa低真空测量接近大气压±10%测量精度一般工业应用电离规热阴极电离规冷阴极电离规测量范围热丝发射电子高电压放电10⁻²~10⁻¹⁰Pa气体被电离自持放电电流高真空和超高真空测量离子电流无需加热丝电容式真空规工作原理压力变化引起电容变化特点高精度，线性度好应用范围适用多种气体，防腐蚀皮拉尼真空规结构特点测量原理热丝位于测量腔内气体密度影响热丝散热测量范围范围10⁻¹~10³Pa真空规的校准标准气源准备精确已知压力气源比对测量与标准仪器对比偏差计算分析测量误差修正系数确定校准曲线第五章真空阀门隔离功能调节功能分离不同真空区域控制气体流量流向控制安全保护4确定气体流动方向防止系统意外泄漏常用真空阀门类型真空阀门的选择阀门类型适用压力范围特点截止阀大气压超高真空密封性好，阻力大~球阀大气压高真空开关速度快，流通阻~力小蝶阀大气压高真空结构简单，快速大通~径闸阀高真空超高真空全开时无阻力，体积~大第六章真空系统设计需求分析明确工艺要求概念设计确定系统方案详细设计参数计算及选型验证评估性能测试与优化真空系统设计案例实验室真空系统工业生产真空系统小型紧凑大规模••灵活多变高可靠性••注重洁净度自动化程度高••强调经济性•真空管道设计真空系统的抽气速率计算基本公式管道电导计算实际抽速C系统泵分子流与管径三次方成正比受管道长度、弯头影响S_=1/1/S_+1/C:C真空系统的极限压力估算泵极限压力泵本身能达到的最低压力气体负载系统内气体释放总量实际抽速泵在系统中有效抽速第七章真空材料低气体释放率减少虚拟漏气耐热性适应烘烤处理化学稳定性抗腐蚀无污染机械强度承受大气压差金属真空材料不锈钢铝合金铜及铜合金优异耐腐蚀性轻质高强度优异导热性易于焊接加工导热性好适合冷却部件、常用易于机械加工易于加工成形304316L非金属真空材料真空密封材料第八章真空清洁与表面处理机械清洁去除可见污染物化学清洁溶解油脂污染真空烘烤脱附吸附气体放电清洁去除表面污染机械清洁擦拭喷砂无尘布蘸溶剂氧化皮去除去除表面污染增加表面粗糙度超声波清洗声波产生气泡冲击去除污染化学清洁清洗方法适用材料去除污染物溶剂清洗大多数材料油脂、有机物酸洗不锈钢、铜氧化物、无机污染碱洗铝、钢铁油脂、蛋白质电解清洗金属材料顽固污染、氧化层真空烘烤°150C24h典型烘烤温度平均烘烤时间不锈钢系统高真空系统×100气体释放率降低烘烤前后对比第九章真空镀膜技术蒸发传输热能气化材料粒子直线运动生长沉积形成连续薄膜基材表面凝结蒸发镀膜加热源1电阻加热、电子束、激光材料蒸发2达到蒸汽压，气化扩散基片沉积3蒸气冷凝形成薄膜膜厚监控4石英晶体微天平实时监测溅射镀膜靶材轰击高能离子撞击靶材原子溅出动量转移释放靶原子薄膜生长原子在基片表面沉积离子镀工艺特点优势应用蒸发与溅射结合薄膜附着力强工具涂层基片处于等离子体中薄膜致密性好装饰镀膜离子轰击促进成膜成膜温度低光学薄膜化学气相沉积（）CVD气体前驱体含有目标元素的气态化合物热分解反应高温下发生化学反应表面沉积反应产物在基材表面生长第十章真空检漏技术精确定位准确找出泄漏源泄漏率测量量化漏气程度密封性验证3确保系统完整性氦质谱检漏系统准备预抽至合适真空度氦气喷洒可疑区域施加氦气信号检测质谱仪检测氦气泄漏判定信号增强指示泄漏点卤素检漏检漏原理适用场景特点卤素气体电离特性制冷系统设备简单便携改变发射电流低真空系统成本低廉产生声光报警大型容器检漏操作方便压力升降法第十一章真空安全物理危险化学危险爆炸风险有毒气体破片飞射腐蚀性物质挤压伤害易燃易爆物电气危险高压电击漏电事故电弧伤害真空设备操作安全启动前检查1确认各部件状态正确启动按操作规程顺序启动运行监控观察参数是否正常安全关闭4按程序依次关闭真空系统事故预防人员培训设备维护提升安全意识定期检查保养防护装置规程制定4安装保护设施建立操作标准第十二章真空技术应用半导体制造表面处理食品加工晶圆加工、芯片封装镀膜、涂层、表面改性冻干、真空包装真空技术在半导体行业的应用表面清洁去除硅片表面杂质薄膜沉积2氧化、金属化、介质层刻蚀工艺图形转移、选择性去除真空技术在显示面板制造中的应用制造制造LCD OLED薄膜晶体管制备有机材料蒸镀光刻工艺精确控制膜厚封装与配向封装防水防氧真空技术在航空航天领域的应用真空技术在食品包装中的应用食品装入袋中选择合适包装材料抽除空气降低氧气含量充入保护气氮气或二氧化碳热封包装确保密封性能课程总结知识回顾真空概念、设备、应用全面掌握发展趋势智能化、绿色化、集成化学习建议理论结合实践，持续学习前沿技术。