《真空技术概述》课件

真空技术概述探索气体分子稀少的世界目录真空技术基础定义、分类、单位与物理原理真空获得技术各类真空泵原理与应用真空测量技术真空规分类与工作原理真空系统与应用第一部分真空技术基础定义与分类1了解真空概念与等级单位与测量2掌握真空度量标准物理基础3研究气体分子行为真空现象4什么是真空？真空定义大气压关系气体分子密度低于大气真空度越高压力越低完全无气体为理想真空真空的分类超高真空1低于10⁻⁷Pa高真空210⁻⁷~10⁻¹Pa中真空310⁻¹~10²Pa低真空4真空的单位帕斯卡Pa基本单位，1Pa=1N/m²托Torr1Torr=

133.322Pa毫巴mbar1mbar=100Pa标准大气压真空物理基础气体分子运动理论•分子无规则运动•速度服从麦克斯韦分布•压力源于分子碰撞平均自由程•分子两次碰撞间平均距离•真空度越高自由程越长真空中的物理现象蒸发和升华吸附和脱附液体沸点降低，固体直接气化表面气体分子聚集与释放辐射传热第二部分真空获得技术了解泵类型机械泵、动力泵、捕集泵掌握工作原理气体传输与捕获机制选择适用设备根据真空度需求与应用场景真空泵的分类动力泵利用高速转子传递动量机械泵分子泵、涡轮分子泵依靠机械运动排气捕集泵旋片泵、隔膜泵、罗茨泵气体分子被捕获或固定低温泵、离子泵、吸附泵机械泵旋片泵工作原理性能特点•偏心转子与定子形成腔体•极限压力约

0.1Pa•旋片密封，周期性吸排气•抽速稳定可靠•需要油密封与润滑•价格适中，维护简单•存在油返流问题机械泵隔膜泵无油运行通过膜片变形排气，无需油封洁净抽气避免油污染，适合洁净要求高场合应用领域医疗设备、实验室仪器、食品包装机械泵罗茨泵⁻100010¹抽速倍数极限压力Pa相比旋片泵大量提升需要前级泵配合2叶轮数量对称8字形设计动力泵分子泵高速转子1转子叶片高速旋转传递动量给气体分子定向排气2分子被引导向排气口定向运动高真空获得3可达10⁻⁷Pa，需前级泵配合无油污染4干式设计，适合洁净环境动力泵涡轮分子泵捕集泵低温泵冷凝原理极低温表面冷凝气体分子工作温度典型工作于20K以下制冷系统闭循环氦制冷或液氮预冷捕集泵离子泵放电电离钛溅射气体捕获无需排气高压电场电离气体离子撞击钛阴极产生活性膜活性钛膜吸附或埋藏气体气体被永久固定在泵内真空泵的选择确定真空度需求考虑气体类型低、中、高还是超高真空惰性、腐蚀性、易燃确认洁净度需求评估抽速要求油污染敏感度系统体积与漏率匹配第三部分真空测量技术真空测量的重要性过程控制确保工艺在合适真空环境下进行质量保证验证产品符合技术规范安全运行防止设备在不适当条件下损坏科研数据为实验结果提供可靠参考依据真空规的分类机械真空规热导真空规电离真空规利用机械形变测压力测量气体导热性变化测量气体电离电流机械真空规型管真空计U工作原理测量范围利用液柱高度差显示压力1~10⁵Pa通常使用水银作为工作液体主要用于低真空测量测量精度高，可作标准计机械真空规膜盒真空计结构特点•弹性膜片变形传递至指针•结构简单，使用方便•无需电源，可直接读数应用领域•实验室预真空测量•工业真空包装设备•医疗抽吸装置•真空冷冻干燥系统热导真空规热偶真空计加热丝导热1加热丝发热，温度取决于气体导热性热电偶测温2热电偶测量加热丝温度产生电势差电信号转换3电势差转换为真空度读数热导真空规皮拉尼真空计测量原理气体导热性随压力变化影响电阻发热体温度测量范围10⁻¹~10⁵Pa优点结构简单，响应迅速，价格适中缺点气体种类敏感，需校准，易受污染电离真空规冷阴极规⁻⁻10²10⁸测量下限测量上限Pa Pa中高真空测量超高真空范围2~10放电电压kV高压磁场放电电离真空规热阴极规加热灯丝电子加速离子收集灯丝加热发射电子栅极加速电子轰击正离子被收集形成气体分子电流测量范围10⁻⁸~10⁻¹Pa真空计的校准标准源使用标准真空发生器比对测量与标准计读数比较校正参数调整系数修正偏差记录周期通常6-12个月重新校准第四部分真空系统设计需求分析1确定真空度、抽速和洁净要求组件选择2泵、阀门、测量仪器及管道系统布局3合理排布以优化性能测试验证4检查泄漏和性能指标真空系统的组成阀门真空泵控制气流方向获得和维持真空测量仪器监测真空度真空室管道系统工作空间连接各组件真空管道设计管径选择导流系数与抽速匹配，越大越好长度影响尽量短，减少导流阻力弯头限制减少弯头，必要时使用大半径弯曲材料选择不锈钢、铝合金、铜、玻璃真空阀门阀门类型•闸阀全通径，低阻力•球阀快速开关，可靠密封•蝶阀体积小，结构简单•针阀精细流量调节选择标准•工作压力范围要求•通径与导流系数•密封材料兼容性•操作方式需求•维护便利性考量真空密封密封材料密封方法•橡胶O型圈•法兰螺栓连接•氟橡胶垫片•卡箍快速连接•金属密封环•焊接永久密封•铟丝金属密封•真空胶粘接•玻璃-金属封接•金属压缩密封真空材料选择真空系统清洁高温烘烤超声波清洗脱附表面气体，150-300°C溶剂清洗深度清除小零件缝隙污物机械清洁用丙酮、酒精等去除油脂去除可见污染物和颗粒真空系统排气速率计算计算公式S=Q/P S为抽速，Q为气体流量，P为压力考虑管道效应实际抽速小于名义抽速漏率影响漏率增加需更大抽速真空系统气体负荷表面脱气吸附气体释放材料渗透气体分子透过固体系统泄漏密封不完善导致工艺气体操作过程中引入第五部分真空检漏技术真空检漏的重要性保证系统性能提高能源效率微小泄漏会严重影响极限真空度减少泵持续工作以补偿泄漏确保产品质量降低运行成本避免污染物进入工艺环境预防因泄漏引起的设备损坏检漏方法分类压力升高法示踪气体法•密闭系统观察压力变化•使用特殊气体（如氦气）•简单但灵敏度低•检测器探测特定气体•适合初步检查大泄漏•灵敏度高，可定位•无法精确定位泄漏点•氦质谱法最为常用•可检测极微小泄漏氦质谱检漏抽空系统被测系统抽至工作真空度氦气喷洒疑似泄漏点外部喷洒氦气检测泄漏氦质谱仪检测系统内进入的氦气信号分析根据氦气浓度判断泄漏程度和位置氦质谱检漏仪结构组成•真空系统前级泵和高真空泵•离子源电离氦气•质量分析器分离氦离子•离子检测器测量氦离子流•信号处理放大转换为读数性能指标•最小可检泄漏率10⁻¹²Pa·m³/s•响应时间1-2秒•氦背景抑制快速恢复能力•稳定性长时间运行可靠检漏技巧系统清洁由粗到细确保表面无油污和灰尘先排除大泄漏再检测小泄漏2耐心等待系统化检查给信号足够响应时间区域划分，按顺序检测第六部分真空应用技术真空镀膜真空热处理冷冻干燥薄膜沉积技术金属优质加工食品医药保存真空镀膜技术原理介绍应用领域真空环境下材料气化凝结成膜•光学镀膜镜片、滤光片•电子元件集成电路、导电层蒸发、溅射、化学气相沉积等方法•装饰镀膜金属外观处理控制膜层厚度、均匀性和结构•功能涂层耐磨、防腐涂层真空蒸发镀膜⁻10³1000~20001~100工作压力蒸发温度°膜厚范围PaC nm高真空环境确保分子直线运动材料加热气化精确控制纳米级厚度磁控溅射镀膜靶材轰击高能离子撞击靶材表面原子溅射靶材原子被击出形成原子流基底沉积溅射原子在基底表面凝结成膜磁场增强磁场约束电子提高离子化效率真空热处理工艺特点避免氧化，表面洁净，无氧化层损失处理温度根据材料不同，800-1300°C组织变化获得均匀细致金属组织应用实例航空零件、模具钢、稀有金属真空浸渍预处理1工件清洁，去除表面污染抽真空2工件置于容器中抽真空浸渍液注入3保持真空状态下灌注浸渍液压力固化4施加压力促进浸渍液渗透固化真空干燥真空包装工艺特点•抽除包装内空气•防止氧化和微生物滋生•延长产品保质期•保持产品风味和色泽应用范围•食品保鲜肉类、海鲜•药品包装保持活性•电子元件防潮防氧化•贵重物品防腐蚀存储真空冷冻干燥包装保存次干燥干燥后立即密封保存主干燥脱除结合水，温度升至20-预冻结升华去除自由水，-40°C条件40°C材料快速冻结至固态真空注射成型第七部分真空技术的发展趋势智能化环保化精确化集成化设备智能控制与监测节能降耗、清洁生产测量精度与控制精度系统小型化与一体化提升设计真空设备的智能化智能控制系统远程监控技术•自动参数调整•云平台数据存储•运行状态实时监控•移动设备实时查看•故障自诊断•异常警报推送•预测性维护提醒•远程操作与调试真空泵的节能环保新型节能泵高效电机，低功耗设计无油真空技术干式泵替代油封泵，避免污染变频控制按需调节抽速，降低能耗热能回收泵热量再利用，提高系统效率真空测量的精确化新型传感技术MEMS传感器，量子检测自动校准系统在线自校准，减少人为误差数字信号处理高精度A/D转换，智能滤波真空应用的广泛化航空航天半导体制造模拟空间环境测试高集成晶片生产1医疗健康血液分析，组织保存量子技术5新能源超低温量子计算环境锂电池，太阳能电池真空技术的集成化简化操作一键式界面一体化设计多功能集于一体模块化结构3即插即用，方便升级小型化趋势体积减小，性能提升总结与展望关键基础技术技术创新支撑多领域科研与工业生产智能化、精密化、环保化发展应用拓展人才培养新兴领域不断涌现跨学科复合型人才需求增加。