《真空系统概述》课件

真空系统概述探索气体分子行为的奥秘了解真空技术的工业应用与科学价值目录理论基础系统构成应用领域真空基础知识真空泵技术工业生产应用•••真空物理原理真空阀门类型科学研究应用•••测量与控制新兴技术趋势••什么是真空？真空定义低于大气压的空间真空度分类低真空1-10³Pa中真空⁻10³-10¹Pa高真空和超高真空⁻⁻和更低⁷10¹-10Pa真空物理基础气体分子运动论平均自由程分子随机运动分子间碰撞距离••分子相互碰撞与压力成反比••能量分布遵循统计规律影响气体传热传质••气体动力学方程麦克斯韦分布律•玻尔兹曼统计•传输现象理论基础•真空的重要性工业应用科学研究技术创新半导体制造粒子物理新材料开发航空航天材料科学量子计算机真空镀膜空间环境模拟纳米技术真空系统的基本组成真空容器真空泵提供封闭空间抽除气体分子真空测量仪器真空阀门监测真空度控制气体流动真空容器功能与要求1气密性好结构坚固内表面光滑材料选择2不锈钢铝合金玻璃设计考量3抗压强度低气体释放率便于加工与连接真空容器设计考虑因素结构强度承受外部大气压力防止变形和崩溃泄漏控制密封面设计焊接质量保证清洁度表面处理减少气体吸附接口配置泵接口布局观察窗设计真空泵概述抽气能力决定达到真空度的速度1极限压力2能达到的最低压力工作原理3机械捕获、分子传输、气体吸附分类依据4工作原理、适用范围、结构特点机械真空泵工作原理通过机械运动改变容积将气体从入口压缩排出主要类型旋片式泵往复式泵罗茨泵性能特点适合低真空和中真空区域抽气速率大可靠性高旋片式机械泵结构与原理偏心转子与定子间形成变化空间工作介质依靠油密封与润滑性能特点价格适中、维护简单罗茨泵⁻10²500极限压力典型抽速Pa L/s中等真空范围大气量抽气能力强3000转速rpm高速运转分子泵扩散泵离子泵原理介绍优点缺点电场电离气体无油污染成本高•••阴极溅射钛无机械部件寿命有限•••钛吸附活性气体极限压力低不适宜起始抽气•••低温泵冷凝原理关键部件应用场景低温冷却气体分子冷头温度可达超高真空系统10K真空泵的选择目标真空度抽速要求确定所需极限压力考虑系统容积与抽气时间成本因素气体类型初始投资与运行维护适应特殊气体抽除真空阀门功能与重要性控制气流方向系统隔离分区操作与维护主要类型闸阀、球阀、蝶阀、角阀控制方式手动、气动、电动闸阀结构特点平行闸板式结构密封方式弹性体或金属密封开关方式完全开或完全关适用范围主管路隔离，大口径应用压力范围大气压至超高真空球阀工作原理优势分析球形闭合元件体积小巧••旋转开关操作简便•90°•通流阻力小维护成本低••应用场合气源控制•支路切换•小口径管路•蝶阀设计特点使用场景局限性圆盘旋转控制流量粗真空系统密封性一般结构紧凑轻便大口径管路调节不适用高真空安装空间需求小频繁调节场合温度适应性有限角阀结构与功能转向设计90°流动阻力较大密封性能密封效果好适用高真空系统应用实例真空泵入口控制真空计连接处真空测量概述精密测量科研级要求过程控制工业生产需求测量方法分类3直接测量与间接测量机械真空计型真空计1U液柱高度差显示压力压缩真空计2利用波登管原理测量范围31-10^5Pa优势4简单直观、成本低热传导真空计工作原理气体导热系数与压力相关加热元件温度变化常见类型皮拉尼规热偶真空计测量范围10^-1-10^3Pa中真空区域应用广泛电离规热阴极电离规冷阴极电离规用灯丝发射电子利用高压放电原理介绍测量范围电子碰撞气体产生离子10^-2-10^-10Pa皮拉尼规结构与原理金属丝电阻变化测量电路设计惠斯通电桥电路应用领域3前级真空监测局限性气体种类敏感真空测量仪器选择真空系统设计原则目标定义确定所需真空度组件选择合理匹配系统元件系统集成优化布局和连接真空系统典型结构单级系统多级系统选择依据结构简单前级泵与主泵组合目标真空度•••单一真空泵可达高真空工作效率要求•••低真空应用抽气效率高投资成本•••维护方便结构复杂气体种类•••真空管道设计尺寸选择材料考虑连接方式布局原则考虑气体流量气密性与耐腐蚀法兰选择最短路径真空密封技术静态密封动态密封固定部件间密封旋转轴密封••型圈密封磁流体密封•O•金属密封波纹管密封••玻璃金属密封差动抽气密封•-•密封材料氟橡胶•丁腈橡胶•金属垫片•陶瓷材料•型圈密封O金属密封法兰CF刀口压缩铜垫片适合超高真空金属丝密封软金属丝变形密封耐高温应用应用场景高温环境超高真空系统真空系统清洁烘烤处理清洁方法加速气体脱附重要性溶剂清洗缩短抽气时间减少气体释放超声波清洗提高极限压力真空系统泄漏检测压力升高法肥皂泡法观察系统压力变化直观但灵敏度低氦质谱检漏喷洒法高灵敏度精确定位局部喷洒检测气体氦质谱检漏⁻10¹²4灵敏度氦气质量数Pa·m³/s极高检测精度质谱仪选择性检测3主要检测模式喷氦、抽氦、充氦真空系统维护日常检查观察压力读数泵油更换定期更换机械泵油泄漏测试定期检查系统密封定期保养按使用说明书维护真空技术在半导体行业的应用薄膜沉积刻蚀工艺离子注入技术反应离子刻蚀掺杂控制•PVD••蒸发与溅射深硅刻蚀高能离子束•••纳米级精度图形精确转移精确杂质分布•••真空镀膜技术高端产品光学薄膜装饰性镀膜金属镀层功能性镀膜防反射、导电、硬质真空热处理工艺特点无氧化处理产品质量表面洁净度高设备构成真空炉、泵系统、控制单元适用材料高合金钢、钛合金真空干燥技术原理与优势降低水沸点低温干燥防止热敏材料损坏效率提升干燥速度快应用实例药品、食品、陶瓷真空蒸馏真空包装食品保鲜电子元件医疗用品延长保质期防氧化保护无菌保存真空冷冻干燥原理介绍冰升华直接变为水蒸气保持产品原有结构工艺流程预冻结一次干燥二次干燥→→温度控制关键应用实例冻干食品生物制药真空浸渍工件准备抽真空1清洁与预处理排除工件内气体固化处理浸入树脂树脂聚合成型3树脂充满孔隙真空铸造真空绝热原理分析主要形式应用领域消除气体热传导杜瓦瓶低温设备•••减少对流热损失真空绝热板建筑节能•••热辐射控制多层隔热层航天器热控•••真空系统在航天领域的应用空间环境模拟卫星测试模拟太空真空度整星热真空测试••温度循环测试推进系统测试••太阳辐射模拟材料脱气验证••地面设备大型空间环境模拟舱•太阳模拟器•低温黑体•真空系统在粒子加速器中的应用⁻⁰10¹

2799.9%工作真空度回旋加速器周长抽气系统可靠性Pa km超高真空环境大型环形设备极高稳定性要求真空系统在显示面板制造中的应用真空沉积1有机材料蒸发封装工艺2玻璃基板密封激光处理3精细图形制作质量检测4真空环境测试真空系统在分析仪器中的应用电子显微镜表面分析电子束无干扰传输、技术XPS AES质谱仪低温设备离子传输路径超导磁体NMR34真空系统安全考虑爆破风险电气安全化学风险玻璃容器爆破高压设备接地泵油安全处理安全屏障防护电气线路保护有害气体排放真空技术发展趋势超高真空与极高真空极限挑战10^-12Pa智能化与自动化物联网技术集成微型化与集成化3芯片级真空系统真空系统节能技术真空泵加热系统控制系统其他设备真空系统故障诊断抽不到真空1检查泄漏点压力不稳定2排查气体释放源泵噪音异常3检查转子平衡极限压力偏高4清洁系统内部真空技术标准与规范国内标准真空技术术语GB/T3165国际标准真空技术词汇ISO3529测量规范真空泵测试方法ISO21360安全标准真空安全指南ISO27892材料规范真空环境材料测ASTM E595试真空技术人才培养研发创新突破关键技术工程应用系统设计与集成操作维护3设备运行与保养知识结构物理、机械、电子、材料真空系统设计案例分析工业应用实例科研设备实例医疗设备实例半导体制造系统空间环境模拟舱冻干制药系统总结与展望基础原理理解真空物理本质系统设计掌握组件选择与集成应用拓展探索新兴应用领域未来发展智能化与绿色化趋势。