00真空技术基础.ppt

真空技术根底真空技术根底 教教 材材: ?真空技术真空技术?，，王晓冬、巴德纯、张世伟、张以忱，王晓冬、巴德纯、张世伟、张以忱，冶金工业出版社，冶金工业出版社，2006年年•参考教材参考教材: •1、、?真空技术真空技术?，戴荣道，电子工业出版社，，戴荣道，电子工业出版社，1986年年•2、、?真空技术真空技术?，王欲知，四川科学技术出，王欲知，四川科学技术出版社，版社，1985年年•3、、?真空技术物理根底真空技术物理根底?，张树林，东北工，张树林，东北工学院出版社，学院出版社，1988年年•教学目标教学目标:•通过本课程的学习，使学生能够掌握真空技术的通过本课程的学习，使学生能够掌握真空技术的根本概念和根本知识对真空的表示、真空的获根本概念和根本知识对真空的表示、真空的获得、真空的测量、真空的检漏以及对真空系统的得、真空的测量、真空的检漏以及对真空系统的组成、设计和计算等技术根底有较为深入的掌握组成、设计和计算等技术根底有较为深入的掌握使学生具有独立分析和解决各种真空技术问题的使学生具有独立分析和解决各种真空技术问题的初步能力，为进入初步能力，为进入“薄膜与低温等离子体技术与薄膜与低温等离子体技术与应用〞方向的同学学习后续课程打下根底。

为学应用〞方向的同学学习后续课程打下根底为学习其他方向的学生建立扎实的真空物理与技术根习其他方向的学生建立扎实的真空物理与技术根底•课程简介课程简介: •真空技术已融入了许多尖端科学技术，并一起得真空技术已融入了许多尖端科学技术，并一起得到迅速开展，从超大规模集成电路的制作，到大到迅速开展，从超大规模集成电路的制作，到大型加速器的运转；从受控热核聚变到人造卫星、型加速器的运转；从受控热核聚变到人造卫星、航天器，直至民用装饰品的生产，都与真空技术航天器，直至民用装饰品的生产，都与真空技术密切相关同时，真空技术是薄膜技术的重要根密切相关同时，真空技术是薄膜技术的重要根底•本课程将系统介绍真空技术的根底理论，真空获本课程将系统介绍真空技术的根底理论，真空获得设备、真空测量仪表、真空的检漏技术以及真得设备、真空测量仪表、真空的检漏技术以及真空系统的组成、设计的原理方法课程将既注重空系统的组成、设计的原理方法课程将既注重真空技术中的知识体系，又反映真空技术中的最真空技术中的知识体系，又反映真空技术中的最新开展主要内容主要内容•绪论绪论•1 稀薄气体的分子运动理论稀薄气体的分子运动理论•2 真空中气体的流动理论真空中气体的流动理论•3 吸附与脱附吸附与脱附•4 真空中的电现象真空中的电现象•5 真空获得真空获得•6 真空测量真空测量•7 真空检漏真空检漏•8 真空系统的组成与设计真空系统的组成与设计绪论绪论•1．．1 何为真空何为真空•物理学上的物理学上的“真空〞是指没有或者不计气体分真空〞是指没有或者不计气体分子和原子存在的物理空间，仅存在各种能量粒子和原子存在的物理空间，仅存在各种能量粒子的场空间；子的场空间；•另另—种是应用物理与技术所讨论的种是应用物理与技术所讨论的“真空〞真空〞——低于一个大气压力的稀薄气体的空间状态。

低于一个大气压力的稀薄气体的空间状态•“真空〞一词来自拉丁语真空〞一词来自拉丁语“Vacuum〞，意为〞，意为“空虚〞•真空分为自然真空和人造真空真空分为自然真空和人造真空•地球上，存在着自然状态的真空包围地地球上，存在着自然状态的真空包围地球的大气层，受地心引力球的大气层，受地心引力(空气分子重力空气分子重力)的作用，离地面越高，空气越稀薄的作用，离地面越高，空气越稀薄•衡量气体稀密程度的物理量为压力，气体衡量气体稀密程度的物理量为压力，气体分子处于无规那么热运动之中，与物体碰分子处于无规那么热运动之中，与物体碰幢时会产生压力幢时会产生压力•气体分子密度越大，气体压力也越大，在气体分子密度越大，气体压力也越大，在海平面上，大气产生的压力为海平面上，大气产生的压力为101325Pa，，约约100kPa，工程中称为一个标准大气压工程中称为一个标准大气压•而珠峰顶处的气压为而珠峰顶处的气压为32kPa，仅为海平面压，仅为海平面压力的三分之一左右力的三分之一左右•大气压力随着离地面高度的递增而降低，根本按指大气压力随着离地面高度的递增而降低，根本按指数规律下降数规律下降18km高空，大气压力降到标准大气高空，大气压力降到标准大气压的十分之一，压的十分之一，96km高空，只有百万分之一。

地高空，只有百万分之一地球大气层以外的宇宙真空，称为球大气层以外的宇宙真空，称为“空间真空〞．它空间真空〞．它是典型的是典型的“自然真空〞自然真空〞•人通过胸腔和腹腔之间的隔膜收缩和放松使肺呼吸，人通过胸腔和腹腔之间的隔膜收缩和放松使肺呼吸，吸气时胸腔压力接近大气压力，呼气时降到半个大吸气时胸腔压力接近大气压力，呼气时降到半个大气压力以下，即人为的真空状态进一步，人们运气压力以下，即人为的真空状态进一步，人们运用科技手段，创造了各种真空泵去抽掉密闭容器中用科技手段，创造了各种真空泵去抽掉密闭容器中的气体，以获得的气体，以获得“人为真空〞，逐渐形成了人为真空〞，逐渐形成了“真空真空科学与技术〞这个学科科学与技术〞这个学科•但是，即使使用现代排气方法获得的最低压力．也但是，即使使用现代排气方法获得的最低压力．也只能到达只能到达10-12~10-13Pa还远未到达绝对真空还远未到达绝对真空1．2 真空度的表征及真空区域的划分真空区域划分主要依据真空状态下气体分子的真空区域划分主要依据真空状态下气体分子的真空区域划分主要依据真空状态下气体分子的真空区域划分主要依据真空状态下气体分子的物理特性、真空获得设备和真空测量仪表的工物理特性、真空获得设备和真空测量仪表的工物理特性、真空获得设备和真空测量仪表的工物理特性、真空获得设备和真空测量仪表的工作范围等。

作范围等作范围等作范围等•无论那种划分，都无本质区别，就其物理无论那种划分，都无本质区别，就其物理现象来说：现象来说：•粗真空以气体分子的互相碰撞为主，即气粗真空以气体分子的互相碰撞为主，即气体分子的平均自由程体分子的平均自由程  <>D；；•极高真空时分子与器壁碰撞亦更稀少极高真空时分子与器壁碰撞亦更稀少• 在气体中，一个分子连续两次碰撞之在气体中，一个分子连续两次碰撞之间的路程称为自由程自由程与压强间的路程称为自由程自由程与压强成反比，有如下关系；成反比，有如下关系； (1—1)式中压强式中压强P的单位用帕，自由程的单位用帕，自由程 的单位的单位是厘米•假设有一个假设有一个D＝＝10厘米的器件，其中真空度厘米的器件，其中真空度为为6.7×10-4帕，那么帕，那么  ＝＝1000厘米，由此厘米，由此可见自由程远大于器件的尺寸。

可见自由程远大于器件的尺寸•此时，气体分子主要是以器壁碰撞为主此时，气体分子主要是以器壁碰撞为主可以认为，一个气体分子与器壁碰撞假设可以认为，一个气体分子与器壁碰撞假设干次，行走的路程为干次，行走的路程为1000厘米后才与另一厘米后才与另一气体分子发生碰撞气体分子发生碰撞1．．3 真空技术的历史回忆真空技术的历史回忆•最早的真空获得和应用，可追溯到公元前最早的真空获得和应用，可追溯到公元前6世纪，世纪，那时我国炼铁技术就已相当进步，为了熔化铁，在那时我国炼铁技术就已相当进步，为了熔化铁，在炼铁炉上配有鼓风设备最初使用的叫炼铁炉上配有鼓风设备最初使用的叫“鞲〞的皮鞲〞的皮囊鼓风、囊鼓风、“风箱〞鼓风风箱的作用过程包括：负风箱〞鼓风风箱的作用过程包括：负压吸气和增压排气与现在的往复式活塞真空泵的压吸气和增压排气与现在的往复式活塞真空泵的作用原理根本相同这种风箱在公元作用原理根本相同这种风箱在公元1367年时就巳年时就巳成为炼铁的重要工具这是最早真空获得和应用的成为炼铁的重要工具这是最早真空获得和应用的实例•另有更为典型的例子是中医的拔火罐两千年前，另有更为典型的例子是中医的拔火罐两千年前，它已在我国民间用作治病的工具。

它很好地利用了它已在我国民间用作治病的工具它很好地利用了空气热胀冷缩、蒸汽冷凝等物理现象来形成罐内真空气热胀冷缩、蒸汽冷凝等物理现象来形成罐内真空 •历史上有确切记载获得历史上有确切记载获得“真空〞的是欧洲人真空〞的是欧洲人1643年，意大利人托利拆里做了大气压实验他年，意大利人托利拆里做了大气压实验他用一根一端封闭的细长玻璃管和一个盛水银的小用一根一端封闭的细长玻璃管和一个盛水银的小槽，先将水银从玻璃管开口端灌入，直到灌满全槽，先将水银从玻璃管开口端灌入，直到灌满全管然后压住开口，将玻璃管倒立在水银槽内，管然后压住开口，将玻璃管倒立在水银槽内，再翻开压着的开口再翻开压着的开口•此时玻璃管中的水银高度逐渐下降，直到距离小此时玻璃管中的水银高度逐渐下降，直到距离小槽液面以上槽液面以上760mm时，就不再下降了托利拆里时，就不再下降了托利拆里认为在玻璃管上端的空隙内就是认为在玻璃管上端的空隙内就是“真空〞随后，真空〞随后，他的学生帕斯卡等人将此实验搬到山上去做，结他的学生帕斯卡等人将此实验搬到山上去做，结果水银柱高度低于果水银柱高度低于760mm，证明大气压与高度有，证明大气压与高度有关。

关•1654年德国人葛利克创造了活塞真空泵年德国人葛利克创造了活塞真空泵他为了证明大气压的巨大力量，曾做过一他为了证明大气压的巨大力量，曾做过一次公开实验，葛利克用两个直径次公开实验，葛利克用两个直径119cm的的半球合起来，用真空泵将球内空气抽除，半球合起来，用真空泵将球内空气抽除，因而球的表而上所受的大气压力是很大的，因而球的表而上所受的大气压力是很大的，每个半球共横向分力，每个半球用每个半球共横向分力，每个半球用8匹马，匹马，才能向相反方向拉开才能向相反方向拉开•因为该实验是在德国马德堡做的，故称马因为该实验是在德国马德堡做的，故称马德堡半球实验而闻名于世德堡半球实验而闻名于世 •我国风箱传到欧洲多年后．马德堡市市长我国风箱传到欧洲多年后．马德堡市市长里孔里孔·格里克才利用汲筒进行了著名的马格里克才利用汲筒进行了著名的马德堡半球实验不知道这位市长先生是否德堡半球实验不知道这位市长先生是否受到过中国风箱的启发受到过中国风箱的启发•但现代欧洲入普遍认为，瓦特创造蒸汽机但现代欧洲入普遍认为，瓦特创造蒸汽机是受了我国风箱的启发是受了我国风箱的启发• 1662年英国人玻义耳发现玻义耳定律。

到年英国人玻义耳发现玻义耳定律到1738年瑞士人伯努利提出气体分子运动论，年瑞士人伯努利提出气体分子运动论，他们奠定了真空技术最初的理论根底他们奠定了真空技术最初的理论根底• 从从1643年托里拆利获得真空，到年托里拆利获得真空，到1879年爱年爱迪生创造碳丝电灯泡的迪生创造碳丝电灯泡的200多年间，真空技多年间，真空技术经历了一个漫长的开展过程这个过程孕术经历了一个漫长的开展过程这个过程孕育着电子学的诞牛和开展所谓育着电子学的诞牛和开展所谓“电真空器电真空器件〞就是内部空间为真空的电子器件真空件〞就是内部空间为真空的电子器件真空技术为电子技术的开展开辟了道路技术为电子技术的开展开辟了道路•在在20世纪初，电子技术的开展，又推动了真世纪初，电子技术的开展，又推动了真空技术的飞速开展空技术的飞速开展• 1905年德国盖得创造了机械泵，年德国盖得创造了机械泵，1906年皮年皮拉尼创造热阻真空计，拉尼创造热阻真空计，1913年和年和1915年盖年盖得先后创造了分子泵、扩散泵；得先后创造了分子泵、扩散泵；•1916年贝克利创造了热阴极电离汁真空年贝克利创造了热阴极电离汁真空技术迅速从低真空开展到高真空，高真空技术迅速从低真空开展到高真空，高真空技术的开展势头一宜延续到第二次世界大技术的开展势头一宜延续到第二次世界大战。

战•尤其是希克曼尤其是希克曼1936年创造了分馏式油扩散年创造了分馏式油扩散泵，潘宁泵，潘宁1937年创造了冷阴极电离计，使年创造了冷阴极电离计，使得高真空技术在获得和测量两方面根本上得高真空技术在获得和测量两方面根本上已完善 •1940年以后真空技术在原子能方面得到广年以后真空技术在原子能方面得到广泛应用．并在真空冶金、真空镀膜，真空泛应用．并在真空冶金、真空镀膜，真空冷冻枯燥等方面得到扩展冷冻枯燥等方面得到扩展•到到1950年，真空范围已提高到年，真空范围已提高到10-4~10-5Pa在某些实验室里也曾到达更高的真空，在某些实验室里也曾到达更高的真空，但还不能测量出来但还不能测量出来•贝阿德贝阿德—阿尔伯特阿尔伯特1950午创造了午创造了B-A规，规，才为测量超高真空创造了条件才为测量超高真空创造了条件•1953乍吸气剂乍吸气剂—离子泵的出现．使人们可离子泵的出现．使人们可以获得清洁超高真空以获得清洁超高真空• 从从20世纪世纪50年代到年代到70年代的年代的20多年里，真空技术多年里，真空技术融入了许多尖端科学技术并一起得到迅速开展高融入了许多尖端科学技术并一起得到迅速开展高能加速器、等离于体核聚变装置、微电子学中的超能加速器、等离于体核聚变装置、微电子学中的超大规模集成电路，特别是航天技术，促使真空技术大规模集成电路，特别是航天技术，促使真空技术发生新的飞跃。

发生新的飞跃•真空进入了真空进入了“超清洁〞时代，压力范围从超清洁〞时代，压力范围从10-4~10-5Pa下降到下降到10-12~10-13Pa一下子真空度提高了一下子真空度提高了七八个数量级，真空系统容积大到数万立方米；七八个数量级，真空系统容积大到数万立方米；•低温泵的抽速可高达低温泵的抽速可高达1000万万L／／s；甚至有的科学家；甚至有的科学家认为，今天的真空技术，已能获得和测量从大气压认为，今天的真空技术，已能获得和测量从大气压(105Pa)到到10-13Pa，压力范围达，压力范围达18个数量级，并随个数量级，并随着某些新应用的开拓而要求一步步地接近着某些新应用的开拓而要求一步步地接近“理想真理想真空〞•经典的真空技术或传统的真空技术主要囿经典的真空技术或传统的真空技术主要囿于真空获得、检测以及真空系统自身的开于真空获得、检测以及真空系统自身的开展，成为许多学科创新的条件和手段展，成为许多学科创新的条件和手段•然而，现代科学技术的相互交叉渗透．主然而，现代科学技术的相互交叉渗透．主体和条件之间的相互转化，极大地丰富了体和条件之间的相互转化，极大地丰富了真空科学与技术的内涵，尤其是超高真空、真空科学与技术的内涵，尤其是超高真空、超清洁外表的出现，揭示了自然领域中许超清洁外表的出现，揭示了自然领域中许多新颖的现象和规律。

多新颖的现象和规律•根据国际真空科学技术与应用协会根据国际真空科学技术与应用协会(IUVSTA))和美国真空学会的划分，现代真和美国真空学会的划分，现代真空科学与技术分成空科学与技术分成8个学科分支，如表个学科分支，如表1—1所示•真空获得真空获得•真空测量真空测量•真空检漏真空检漏•真空系统及元件真空系统及元件 1、真空技术、真空技术2、真空冶金、真空冶金•真空熔炼铸造真空熔炼铸造•真空脱气铸造真空脱气铸造•真空热处理真空热处理•真空焊接真空焊接•真空复原蒸馏炭化真空复原蒸馏炭化•单晶体制备单晶体制备•外表处理外表处理 3、等离子体科学与技术、等离子体科学与技术•等离子体在磁控溅射、离子镀等设备等离子体在磁控溅射、离子镀等设备的应用的应用•等离子体化学气相沉积等离子体化学气相沉积•高纯度单晶薄膜制备高纯度单晶薄膜制备•等离子体显示器件等离子体显示器件 4、薄膜科学与技术、薄膜科学与技术•真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜•真空溅射镀膜真空溅射镀膜•真空离子镀真空离子镀•化学气相沉积化学气相沉积•激光脉冲沉积激光脉冲沉积5、电子材料和加工工艺、电子材料和加工工艺•真空电子器件真空电子器件•半导体材料、光电材料、敏感材料半导体材料、光电材料、敏感材料•薄膜电子材料、薄膜材料、智能材料薄膜电子材料、薄膜材料、智能材料•沉积加工工艺沉积加工工艺•外延生长技术外延生长技术•掩膜和刻蚀掩膜和刻蚀6、外表科学、外表科学•固体外表电子结构固体外表电子结构•原子结构的研究原子结构的研究•超高真空扫描遂道显微镜超高真空扫描遂道显微镜•外表性能测试外表性能测试7、应用外表科学、应用外表科学•紫外光电子能谱分析离子中和谱紫外光电子能谱分析离子中和谱•X光电子能谱等外表分析仪器光电子能谱等外表分析仪器8、纳米科学与技术、纳米科学与技术•纳米材料的制备纳米材料的制备•纳米生物学纳米生物学•纳米机械学纳米机械学•纳米动力学纳米动力学•纳米电子学纳米电子学•纳米医学纳米医学1-4 不同真空状态下的真空工艺技术不同真空状态下的真空工艺技术•随着气态空间中气体分子密度的减小，气随着气态空间中气体分子密度的减小，气体的物理性质发生了明显的变化，人们基体的物理性质发生了明显的变化，人们基于气体性质的这种变化，于气体性质的这种变化，•在不同的真空状态下应用各种不同的工艺在不同的真空状态下应用各种不同的工艺方法，到达各种不同的生产目的，这是真方法，到达各种不同的生产目的，这是真空应用技术中所研究的主题。

空应用技术中所研究的主题•目前，可以说．从每平方厘米外表上有上目前，可以说．从每平方厘米外表上有上百个电于元件的超大规模集成电路的制作，百个电于元件的超大规模集成电路的制作，到几千米长的大型加速器的运转，从受控到几千米长的大型加速器的运转，从受控核聚变到人造卫星和航天器的宇宙飞行，核聚变到人造卫星和航天器的宇宙飞行，宣至许多民用装饰品的生产，无一不与真宣至许多民用装饰品的生产，无一不与真空技术密切相关空技术密切相关•以下内容是：不同真空状态下，根据气体以下内容是：不同真空状态下，根据气体性质的不同所引发出来的各种真空工艺技性质的不同所引发出来的各种真空工艺技术的应用概况术的应用概况-•1．．5 真空技术的应用领域真空技术的应用领域• 真空科学的应用领域很广，目前已经渗真空科学的应用领域很广，目前已经渗透到车辆、土木建筑工程、机械、包装、透到车辆、土木建筑工程、机械、包装、环境保护、医药及医疗器械、石油、化工、环境保护、医药及医疗器械、石油、化工、食品、光学、电气、电子、原子能、半导食品、光学、电气、电子、原子能、半导体、航空航天、低温、专用机械、纺织、体、航空航天、低温、专用机械、纺织、造纸、农业、民用工业以及近年来得到迅造纸、农业、民用工业以及近年来得到迅速开展的外表科学与纳米科学等工业部门速开展的外表科学与纳米科学等工业部门和科学研究工作中。

和科学研究工作中•主要应用有：主要应用有： 1 ．． 5 ．． 1 真空在输运、吸引、起吊及真空真空在输运、吸引、起吊及真空造型等设备中的应用造型等设备中的应用•真空输运、吸引及起吊设备，都是利用真空与大真空输运、吸引及起吊设备，都是利用真空与大气空问存在压力差所产生的力来做功的气空问存在压力差所产生的力来做功的•这种机械能存在着压强处处均匀的特点，因此它这种机械能存在着压强处处均匀的特点，因此它可绝对密实地施功到任何形状的平面上可绝对密实地施功到任何形状的平面上•目前，这些真空设备大多用在吸鱼、粮食、面粉、目前，这些真空设备大多用在吸鱼、粮食、面粉、煤粉、烟草、水泥、泥浆、纸浆、粉状矿物、粉煤粉、烟草、水泥、泥浆、纸浆、粉状矿物、粉状化工产品．水泥地板、预制板、机场及公路水状化工产品．水泥地板、预制板、机场及公路水泥道路的快速吸干，车间起吊，机床夹具．玻璃泥道路的快速吸干，车间起吊，机床夹具．玻璃装运，吸乳、吸尘、人工流产、吸痰、吸胸膜积装运，吸乳、吸尘、人工流产、吸痰、吸胸膜积水和脓液、吸肠以及吸引原子弹爆炸所产生的辐水和脓液、吸肠以及吸引原子弹爆炸所产生的辐射尘埃等生产作业中。

射尘埃等生产作业中•这些设备均具有结构简单．易于操作、维护、运这些设备均具有结构简单．易于操作、维护、运输，起吊吸引过程中无振动，生产效率高，运送输，起吊吸引过程中无振动，生产效率高，运送易损坏物件平安可靠，对环境无污染等特点因易损坏物件平安可靠，对环境无污染等特点因此具有广阔的应用前景此具有广阔的应用前景•真空造型也是利用压差力的一个重要方面，真空造型也是利用压差力的一个重要方面，•近年来在立体军用地图、盲人书籍、示数模型、近年来在立体军用地图、盲人书籍、示数模型、高级陶瓷、混凝土顶制件、电冰箱洗衣机板件、高级陶瓷、混凝土顶制件、电冰箱洗衣机板件、玩具、复制浮雕和文物、行波管和返波管中的细玩具、复制浮雕和文物、行波管和返波管中的细旋支柱成形、质谱仪中分析室以及微波系统的波旋支柱成形、质谱仪中分析室以及微波系统的波导制作方法．都广泛地采用了这一技术导制作方法．都广泛地采用了这一技术 •真空力学应用的另一个领域是真空过滤和真空力学应用的另一个领域是真空过滤和真空浸渍真空浸渍•目前化工、制糖、水泥等工业部门巳开始目前化工、制糖、水泥等工业部门巳开始大量采用连续真空过滤，很容易将黏度大大量采用连续真空过滤，很容易将黏度大的恳浮液利用压差力的作用、通过微细筛的恳浮液利用压差力的作用、通过微细筛孔而将其悬浮液中的液体与固体别离。

在孔而将其悬浮液中的液体与固体别离在染料工业中利用真空过滤法可以大量节省染料工业中利用真空过滤法可以大量节省棉布•真空浸渍是先对片状或纤维状的疏松物质真空浸渍是先对片状或纤维状的疏松物质进行抽真空，再在液体中浸渍充填一些新进行抽真空，再在液体中浸渍充填一些新的物质的一种新型上艺的物质的一种新型上艺•这种工艺用在含油轴承、渔网纤维、皮革、这种工艺用在含油轴承、渔网纤维、皮革、非电解电存、变压器、电动机定子线圈等非电解电存、变压器、电动机定子线圈等产品生产上已经显著地提高了产品质量产品生产上已经显著地提高了产品质量•此外，这种工艺对疏松劣质木材进行聚酪此外，这种工艺对疏松劣质木材进行聚酪酯树脂浸渍，对铅笔木材进行蜡类浸渍使酯树脂浸渍，对铅笔木材进行蜡类浸渍使其改变原有的天然性能到达化劣质为优质其改变原有的天然性能到达化劣质为优质的目的，已到达了预期的效果的目的，已到达了预期的效果1．．5．．2 真空在电真空器件中的应用真空在电真空器件中的应用• 出于各种真空器件的工作原理是基于电场、磁场出于各种真空器件的工作原理是基于电场、磁场来控制电于在空间的运动借以到达放大、振荡、来控制电于在空间的运动借以到达放大、振荡、显示图像等目的。

显示图像等目的•因此．防止电子对气体分子间的碰撞，保证电子因此．防止电子对气体分子间的碰撞，保证电子在空间的运动规律、防止发射热电子的阴极氧化在空间的运动规律、防止发射热电子的阴极氧化中毒，把电子器件内抽成不同电真空器件所要求中毒，把电子器件内抽成不同电真空器件所要求的不同真空度，保证电子器件的正常工作，是绝的不同真空度，保证电子器件的正常工作，是绝对必要的对必要的•目前，电真空工业中所生产的电真空器件主要有目前，电真空工业中所生产的电真空器件主要有电子管，离于管，电子束管，电光源管．还有中电子管，离于管，电子束管，电光源管．还有中子管、电子衍射仪、电子显微镜、子管、电子衍射仪、电子显微镜、x光显微镜，各光显微镜，各种粒子加速器、质谱仪、核辐射谱仪、气体激光种粒子加速器、质谱仪、核辐射谱仪、气体激光器等这些电于器件及工艺，在近代科学和近代器等这些电于器件及工艺，在近代科学和近代大工业生产中起着重要作用大工业生产中起着重要作用 1．．5．．3 真空在冶金工业中的应用真空在冶金工业中的应用•在真空中对金属及其合金进行真空冶金，范在真空中对金属及其合金进行真空冶金，范围很广，包括真空蒸馏、矿石及其半成品的围很广，包括真空蒸馏、矿石及其半成品的真空别离，金属化合物真空复原、钢液炉外真空别离，金属化合物真空复原、钢液炉外真空脱气和精炼、金属真空熔炼、真空烧结，真空脱气和精炼、金属真空熔炼、真空烧结，真空热处理、真空钎焊及真空固态接合等多真空热处理、真空钎焊及真空固态接合等多种工艺方法。

种工艺方法•真空冶金自真空冶金自20世纪世纪50年代开展以来．之所以年代开展以来．之所以得到极为广泛的应用，是因为真空环境在冶得到极为广泛的应用，是因为真空环境在冶金过程中具有一系列的特点所致金过程中具有一系列的特点所致•首先是真空环境中物质与剩余气体分子间的化学首先是真空环境中物质与剩余气体分子间的化学作用十分微弱，因此非常适宜对黑色金属、稀有作用十分微弱，因此非常适宜对黑色金属、稀有金属、超纯金属及其合金、半导体材料的熔炼和金属、超纯金属及其合金、半导体材料的熔炼和精制•其次，在真空环境中可通过降低单一气体分子的其次，在真空环境中可通过降低单一气体分子的分压强，到达钢液脱气精炼、真空碳脱氧的目的分压强，到达钢液脱气精炼、真空碳脱氧的目的•真空环境的另一个特点就是，在较低的温度下，真空环境的另一个特点就是，在较低的温度下，它具有进行一定反响的能力，例如在同样温度下，它具有进行一定反响的能力，例如在同样温度下，有些反响过程在大气中那么难以进行，但是在低有些反响过程在大气中那么难以进行，但是在低压下就十分容易这就是真空化合物分解和有色压下就十分容易这就是真空化合物分解和有色金属冶炼的根本原理。

金属冶炼的根本原理1．．5．．4 真空在镀膜工业中的应用真空在镀膜工业中的应用•真空镀膜技术是真空应用技术的一个重要真空镀膜技术是真空应用技术的一个重要分支，它已广泛地应用于光学、电子学、分支，它已广泛地应用于光学、电子学、能源开发，理化仪器、建筑机械、包装、能源开发，理化仪器、建筑机械、包装、民用制品、外表科学以及科学研究等领域民用制品、外表科学以及科学研究等领域中•真空镀膜所采用的方法主要有蒸发镀、溅真空镀膜所采用的方法主要有蒸发镀、溅射镀、离子镀、束流沉积镀以及分子束外射镀、离子镀、束流沉积镀以及分子束外延等此外还有化学气相沉积法此外还有化学气相沉积法•如果真空镀膜的目的是为了改变物质外表如果真空镀膜的目的是为了改变物质外表的物理、化学性能，那么这一技术又是真的物理、化学性能，那么这一技术又是真空外表处理技术中的重要组成局部空外表处理技术中的重要组成局部•现就其几个主要应用方面做一简单介绍现就其几个主要应用方面做一简单介绍•首先在光学方面，一块光学玻璃或石英外首先在光学方面，一块光学玻璃或石英外表上镀一层或几层不同物质的薄膜后，即表上镀一层或几层不同物质的薄膜后，即可成为高反射或无反射可成为高反射或无反射(即增透膜即增透膜)或者作或者作任何预期比例的反射或透射材料，也可以任何预期比例的反射或透射材料，也可以做成对某种波长的吸收．而对另一波长的做成对某种波长的吸收．而对另一波长的透射的滤色片。

透射的滤色片•高反射膜从大口径的天文望远镜和各种激高反射膜从大口径的天文望远镜和各种激光器开始，一直到新型建筑物的大窗镀膜光器开始，一直到新型建筑物的大窗镀膜玻璃，都很需要增透膜那么大量用于照玻璃，都很需要增透膜那么大量用于照相机和电视摄像机的镜头上相机和电视摄像机的镜头上•在电子学方面真空镀膜更占有极为重要的在电子学方面真空镀膜更占有极为重要的地位各种规模的集成电路，包括存储器、地位各种规模的集成电路，包括存储器、运算器、高速逻辑元件等都要采用导电膜、运算器、高速逻辑元件等都要采用导电膜、绝缘膜和保护膜绝缘膜和保护膜•作为制备电路的掩膜那么用到鉻膜磁带、作为制备电路的掩膜那么用到鉻膜磁带、磁盘、半导体激光器、约瑟夫逊器件、电磁盘、半导体激光器、约瑟夫逊器件、电荷耦合器件荷耦合器件(CCD))也都用到各种薄膜也都用到各种薄膜•在显示光器件方面，录像磁头、高密度录在显示光器件方面，录像磁头、高密度录像带以及平面显示装置的透明导电膜、摄像带以及平面显示装置的透明导电膜、摄像管光导膜、显示管荧光屏的铝衬等也都像管光导膜、显示管荧光屏的铝衬等也都是采用真空镀膜制备是采用真空镀膜制备•在元件方面，在真空中蒸发镍铬，铬或金在元件方面，在真空中蒸发镍铬，铬或金属陶瓷可以制造电阻，属陶瓷可以制造电阻，•在塑料上蒸发铝、一氧化硅、二氧化钛等在塑料上蒸发铝、一氧化硅、二氧化钛等可以制造电容器，可以制造电容器，•蒸发硒可以得到静电复印机用的硒鼓、蒸蒸发硒可以得到静电复印机用的硒鼓、蒸发钛酸钡可以制造磁致伸缩的超声元件等发钛酸钡可以制造磁致伸缩的超声元件等等。

等•真空蒸发还可以用于制造超导膜和惯性约真空蒸发还可以用于制造超导膜和惯性约束聚变反响用的微珠镀层束聚变反响用的微珠镀层•此外还可对珠宝、钟表外壳外表、纺织品此外还可对珠宝、钟表外壳外表、纺织品金属花纹、金丝银丝等蒸镀装饰用薄膜，金属花纹、金丝银丝等蒸镀装饰用薄膜，•以及用于溅射镀或离子镀对刀具、模具等以及用于溅射镀或离子镀对刀具、模具等制造超硬膜制造超硬膜•近两年内所兴起的多弧离子镀制备钛金制近两年内所兴起的多弧离子镀制备钛金制品，如不锈钢薄板、镜面板、包杆、扶手、品，如不锈钢薄板、镜面板、包杆、扶手、高档床托架、楼梯栏杆等日前正在盛行高档床托架、楼梯栏杆等日前正在盛行1．．5．．5 真空在食品包装及冷冻枯燥工业中真空在食品包装及冷冻枯燥工业中的应用的应用•20世纪世纪80年代以来，利用真空气氛对食品年代以来，利用真空气氛对食品进行保鲜的包装技术开展较快进行保鲜的包装技术开展较快•因为这种包装不但具有免除氧气使食品不因为这种包装不但具有免除氧气使食品不易腐烂变质，贴体和充气包装既可不受昆易腐烂变质，贴体和充气包装既可不受昆虫危害又可抑制霉茵生长．可提高和延长虫危害又可抑制霉茵生长．可提高和延长食品保鲜程度和存放时间等特点，食品保鲜程度和存放时间等特点，•而且包装设备大多结构简单，操作方便．而且包装设备大多结构简单，操作方便．价格低廉，采用的塑料包装材料本钱低，价格低廉，采用的塑料包装材料本钱低，美观大方，易于普及。

美观大方，易于普及•真空包装的食品种类较多，如榨菜、大头真空包装的食品种类较多，如榨菜、大头菜、海带、肠、扒鸡、烤鸭、豆制品、奶菜、海带、肠、扒鸡、烤鸭、豆制品、奶粉、麦乳精等等粉、麦乳精等等•由于新鲜的产品从收获到零售过程中所经由于新鲜的产品从收获到零售过程中所经过的中间环节时问较长，损失严重，易提过的中间环节时问较长，损失严重，易提高销售价格，而真空包装工艺的推广，将高销售价格，而真空包装工艺的推广，将使新鲜产品的价格和冷藏费用降低，从而使新鲜产品的价格和冷藏费用降低，从而可缓和供需之间的矛盾可缓和供需之间的矛盾•因此真空保鲜必将成为潜力极大的市场而因此真空保鲜必将成为潜力极大的市场而活泼在人们的生活中活泼在人们的生活中• 真空冷冻枯燥技术最早出现于真空冷冻枯燥技术最早出现于20世纪初，近年来世纪初，近年来开展很快开展很快•这是因为它与通常的热晒、热风枯燥、红外枯燥、这是因为它与通常的热晒、热风枯燥、红外枯燥、高频枯燥相比较具有很多优点高频枯燥相比较具有很多优点•由于冷冻的工艺过程是先将被干物料冻结，然后由于冷冻的工艺过程是先将被干物料冻结，然后抽真空，使物料中己冻结成冰的水分不经过液态抽真空，使物料中己冻结成冰的水分不经过液态而直接升华去掉。

因此冻干后的制品，不但可以而直接升华去掉因此冻干后的制品，不但可以呈现多孔性状态而保持原来的形状，使其加水后呈现多孔性状态而保持原来的形状，使其加水后易恢复原状，而且低温枯燥还可以防止物料热分易恢复原状，而且低温枯燥还可以防止物料热分解•同时由于真空气氛下枯燥的物料免除了氧化作用，同时由于真空气氛下枯燥的物料免除了氧化作用，田此枯燥后的制品，其物理、化学和生物性能可田此枯燥后的制品，其物理、化学和生物性能可根本不变根本不变•真空冷冻枯燥的应用范围正在逐年扩大真空冷冻枯燥的应用范围正在逐年扩大 1．．5．．6 真空在航天工业中的应用真空在航天工业中的应用•真空科学与航天技术密切相关的主要环节真空科学与航天技术密切相关的主要环节来自于空间的环境模拟，因为运载火箭、来自于空间的环境模拟，因为运载火箭、人造卫星、载人飞船、空间站、宇宙探测人造卫星、载人飞船、空间站、宇宙探测器以及航天飞机等各种空间飞行器，在空器以及航天飞机等各种空间飞行器，在空间飞行的过程中，都是在宇宙的自然真空间飞行的过程中，都是在宇宙的自然真空中进行的中进行的•因此他们除了直接的受到空间真空环境的因此他们除了直接的受到空间真空环境的影响外，还要受到太阳辐射、各种带电粒影响外，还要受到太阳辐射、各种带电粒子及温度的影响。

子及温度的影响•这些因素将造成材料性能的改变或损伤；仪器灵这些因素将造成材料性能的改变或损伤；仪器灵敏度的失灵，从而会破坏这些飞行器的工作、甚敏度的失灵，从而会破坏这些飞行器的工作、甚至会造成航天员的伤亡至会造成航天员的伤亡•为此，在地面上建立模拟空间环境的宇宙空间模为此，在地面上建立模拟空间环境的宇宙空间模拟实验装置，是非常必要的拟实验装置，是非常必要的•因为只有在各种飞行器上天之前通过地面的模拟因为只有在各种飞行器上天之前通过地面的模拟实验，掌握航天器在空间工作的条件和特性，消实验，掌握航天器在空间工作的条件和特性，消除飞行中的各种隐患，才能确保飞行器及航天员除飞行中的各种隐患，才能确保飞行器及航天员的平安•为了满足这些要求，目前地面上建立起的各种模为了满足这些要求，目前地面上建立起的各种模拟装置较多拟装置较多1．．5．．7 真空在加速器及受控核聚变中的应用真空在加速器及受控核聚变中的应用• 加速器是对粒子加速使被加速的粒子获得高能源加速器是对粒子加速使被加速的粒子获得高能源的装置，在加速器中能够产生各种能量的电子、质的装置，在加速器中能够产生各种能量的电子、质子及其他重离子。

利子及其他重离子利•用这些粒子与物质的相互作用．还可以产生各种带用这些粒子与物质的相互作用．还可以产生各种带电和不带电的次级粒子，如电和不带电的次级粒子，如Y粒子、中子、多种介粒子、中子、多种介子、超子、反粒子等加速器产生的粒子和射线已子、超子、反粒子等加速器产生的粒子和射线已经用于核物理的研究以及医疗、工业、农业食品等经用于核物理的研究以及医疗、工业、农业食品等部门• 为确保粒子与剩余气体分子不发生碰撞散射现象，为确保粒子与剩余气体分子不发生碰撞散射现象，真空度必须到达保证粒子直线运动的要求，否那么真空度必须到达保证粒子直线运动的要求，否那么不但会引起束流损失或粒子达不到高的能量，而且不但会引起束流损失或粒子达不到高的能量，而且易发生真空绝缘不够导致加速器击穿，使加速器不易发生真空绝缘不够导致加速器击穿，使加速器不能处于正常工作状态能处于正常工作状态• 随着地球上石油储量的逐渐减少及大量能随着地球上石油储量的逐渐减少及大量能源消耗中所引起的环境污染，新能源的开源消耗中所引起的环境污染，新能源的开发已经提到日程，其中受控核聚变所产生发已经提到日程，其中受控核聚变所产生的巨大利用，就是最理想的一种。

的巨大利用，就是最理想的一种•目前，在这种新能源的开发上主要有两种，目前，在这种新能源的开发上主要有两种，一种是利用重原子核裂变为两个轻原子核，一种是利用重原子核裂变为两个轻原子核，在其裂变反响过程中所释放出来的巨大能在其裂变反响过程中所释放出来的巨大能量来发电，建立原于能发电站；量来发电，建立原于能发电站；•另一种是利用两个轻原子另一种是利用两个轻原子(如氘、氚如氘、氚)聚合成一个聚合成一个重原子核能释放出来的巨大能量，这就是核聚变重原子核能释放出来的巨大能量，这就是核聚变反响•利用这种反响所产生的能量，必须对反响过程加利用这种反响所产生的能量，必须对反响过程加以控制，因此称为受控核聚变由于这种聚变的以控制，因此称为受控核聚变由于这种聚变的原料氘和氚的来源可以从取之不尽的海水中提取，原料氘和氚的来源可以从取之不尽的海水中提取，因此它的开展前途是不言而喻的因此它的开展前途是不言而喻的•核聚变反响要求的温度很高，约为核聚变反响要求的温度很高，约为2亿度，这样高亿度，这样高的温度，只有象太阳那样的恒星内部才能到达的温度，只有象太阳那样的恒星内部才能到达在聚变反响中，如果氘、氚中合有杂质，这种超在聚变反响中，如果氘、氚中合有杂质，这种超高温是很难到达的。

高温是很难到达的•因此将核聚变装置中抽到十分清洁的超高真空是因此将核聚变装置中抽到十分清洁的超高真空是必不可少的条件通常要求的真空度在必不可少的条件通常要求的真空度在10-7—10-9范围内 •近年来外表科学的研究十分活泼，这是因为近年来外表科学的研究十分活泼，这是因为很多物理、化学过程很多物理、化学过程(如催化、腐蚀等如催化、腐蚀等)大都大都发生在固体的外表，因此考察和研究固体外发生在固体的外表，因此考察和研究固体外表和固体内部的不同点，就显得十分必要表和固体内部的不同点，就显得十分必要•所谓外表，实际上就是气体与固体之间的界所谓外表，实际上就是气体与固体之间的界面甚至包括其过渡区域如前所述，由于面甚至包括其过渡区域如前所述，由于地球外表上的任何物体都被大气所包围，要地球外表上的任何物体都被大气所包围，要想研究真正的外表，寻求一个毫无污染源的想研究真正的外表，寻求一个毫无污染源的环境，是相当因难的环境，是相当因难的•但是，随着近代超高真空技术的高速开展，但是，随着近代超高真空技术的高速开展，为解决这一问题提供了良好的条件为解决这一问题提供了良好的条件1 ．．5．．8 真空在外表科学研究中的应用真空在外表科学研究中的应用•虽然在超高真空环境中所获得的清洁外表仍然会虽然在超高真空环境中所获得的清洁外表仍然会通过吸附的方式被真空室内剩余的气体所污染，通过吸附的方式被真空室内剩余的气体所污染，得不到绝对清洁的外表，但是通过提高真空室内得不到绝对清洁的外表，但是通过提高真空室内的真空度，延续清洁外表被逐渐污染的时间，是的真空度，延续清洁外表被逐渐污染的时间，是可以到达实验要求的。

可以到达实验要求的•实验说明，当真空室真空度到达实验说明，当真空室真空度到达10-7Pa的超高真的超高真空时，在固体外表吸附一个原于或分子层厚度时，空时，在固体外表吸附一个原于或分子层厚度时，所需要的时间大约为所需要的时间大约为60min时间虽然较短，但时间虽然较短，但是充分利用这段时间通过多种外表仪器对实验件是充分利用这段时间通过多种外表仪器对实验件进行外表的研究和测试，是完全可能的进行外表的研究和测试，是完全可能的•可见，作为表而科学研究的手段，研制外表科学可见，作为表而科学研究的手段，研制外表科学实验所用的各种外表仪器及有关装置是真空应用实验所用的各种外表仪器及有关装置是真空应用领域中一项必不可缺的组成局部领域中一项必不可缺的组成局部真空物理与技术的范畴真空物理与技术的范畴• 什么是真空这门科学的理论范畴，要搞清楚什么是真空这门科学的理论范畴，要搞清楚这个问题，首先不能离开真空技术的根底内容这个问题，首先不能离开真空技术的根底内容．从事真空技术工作的人都知道，一个典型真．从事真空技术工作的人都知道，一个典型真空设备的核心局部如图空设备的核心局部如图1所示．所示． •它包括容器它包括容器(是气体来源是气体来源)、真空泵、真空泵(抽气手段抽气手段)、、真空规真空规(检测真空度的工具检测真空度的工具)三大局部．三大局部．图1•要想使容器构成真空状态，就要遇到抽气手段和要想使容器构成真空状态，就要遇到抽气手段和气源这一矛盾．气源这一矛盾．•一方面要用真空泵来排出容器内的气体分子以降一方面要用真空泵来排出容器内的气体分子以降低容器内的气体压强，低容器内的气体压强，•另一方面容器本身又会由于各种原因另一方面容器本身又会由于各种原因(如脱附、解如脱附、解溶、渗透、漏孔等等溶、渗透、漏孔等等)，源源不断地放出气体分子，源源不断地放出气体分子．．•可见真空技术的本质就是要用抽气手段战胜气源，可见真空技术的本质就是要用抽气手段战胜气源，从而使矛盾向压强降低方向转化．从而使矛盾向压强降低方向转化．•地面上要实现真空环境，就要用容器壁包围一个地面上要实现真空环境，就要用容器壁包围一个特定的空间，所以实现真空的过程不外乎和空间、特定的空间，所以实现真空的过程不外乎和空间、器壁两个主要因素打交道．器壁两个主要因素打交道．•图图2表示气体分子在空间表示气体分子在空间—器壁系统中器壁系统中运动的过程．在真空系统中．气体分运动的过程．在真空系统中．气体分子的运动无非是由空间到器壁，再由子的运动无非是由空间到器壁，再由器壁到空间，或者不断循环：或者中器壁到空间，或者不断循环：或者中止于某个状态．止于某个状态．•所以，研究真空的理论主要就是研究所以，研究真空的理论主要就是研究气体分子运动的空间过程和器壁过程气体分子运动的空间过程和器壁过程．大约可以分为如下几个研究局部：．大约可以分为如下几个研究局部：图2思考与练习思考与练习----绪论绪论•1、假定用水代替水银进行大气压实验，会得到什、假定用水代替水银进行大气压实验，会得到什么结果？么结果？•2、目前低温泵的极限真空度大约为、目前低温泵的极限真空度大约为10-15大气压，大气压，分别将其单位换算为托和帕。

分别将其单位换算为托和帕•3、真空区域是如何划分的、真空区域是如何划分的?•4、绝对真空和实际真空的区别在哪里？、绝对真空和实际真空的区别在哪里？•5、真空度量中所使用的压强和真空度的定义是什、真空度量中所使用的压强和真空度的定义是什么？压强么？压强P=10-2帕时，真空度是多少？帕时，真空度是多少？•6、请你谈谈真空技术在国民经济中的重要性请你谈谈真空技术在国民经济中的重要性。