第七章 真空系统测量.doc

第七章 真空系统设计7．1 材料参考：在维护真空质量中，其中一个首先关心的问题是修理和/或整改真空室材料和相关设备的选择任何渗漏总是保持在最小另外，对于在真空中用于选择材料的普通参考，在选择材料时下列标准必须使用：□ 必须避免多孔性因为进入材料空隙的气体或空气会转移到系统里面□ 一些材料的除气率大高而不能接受当涉及大面积时这点最重要□ 当看见进入真空室里的塑料和润滑剂时蒸气压力是一个重要的考虑□ 可焊接度很重要因为一些材料难以焊接和保持真空的完整性□ 相同的热扩张率（a,b）很重要因为一起加入材料□ 典型真空材料的特征没有单一的材料是真空应用的最佳选择下列列出的是有典型除气率、优点和缺点的普通材料：304 不锈钢：也叫 316优点：□ 防腐，易于焊接，无磁性□ 最低钢除气率：10-8 到 10-10TORR-公升/ 秒/CM 2缺点：□ 昂贵低碳钢：低碳且对 UHV 低硫磺优点：□ 低花费缺点：□ 更高的除气率，喷砂低碳钢----除气率 10-6 到 10-10 TORR-公升/秒/CM 2铝：6061-T6 型（普通）优点：□ 良好机械加工性，可成形性，低花费，轻，低除气率（10-7 到 10-8TORR-公升/ 秒/CM2）缺点：□ 氧化铜：最初使用于真空线、垫圈和低温学应用、隔板、活板等。

优点：□ 可成形性，易于焊接，良好除气率（10-7 到 10-9 TORR-公升/ 秒/CM 2）热传导性缺点：□ 加工硬化，倾向于腐蚀黄铜：用于安装，紧固，部件优点：□ 与铜一样，良好除气率（10-6 到 10-7 TORR-公升/ 秒/CM 2） 玻璃：最初使用耐热玻璃（硼硅酸盐）和石英除气率 10-7 到 10-8塑料：多数塑料有良好的除气率 10-5 到 10-8多数温度受限制下列材料不能用于结构或高真空室修理因为它们的高蒸气压力，特别是在提升温度应用当选择材料时，如果必须使用下列的，与它们相关的问题必须解决□ 锌（在锌靶材中发现）□ 铅（在焊接中发现）□ 镉（用作螺丝板）□ 硒（在 303 不锈钢中发现）□ 硫磺（也在 303 不锈钢中发现）7.2 材料构成技术当加入材料清单时首先考虑的是它们的兼容性，共同的设计和清洁加入方法包括：□ 惰性气体拱形焊接（TIG） 避免与焊剂镀膜杆的棒状拱形焊接 （如果必须使用棒状拱形焊接，推荐一个两步方法第一，根传递，与浓度填充杆使用并之后传递流量与真空的完整经过这方法要求获得真空密封度 ）□ 气体焊接、用黄铜镀和坚硬的或银焊接又在这里，主要问题是达到结合的焊剂和化学药品。

□ 软焊接这个方法经常避免使用因为低机械力量，与焊剂有关的多孔性和腐化问题当拱形焊接时，有几个重要的原则要遵循：□ 任何可能时候，做单一传递，连续地，高浓度（90%）焊接如果需要多样的传递，首先渗漏检查或根传递□ 只在接合处的真空侧面做所有连续的焊接（图 7.2.1） □ 设计拐角和重叠以避免在真空侧面的空隙率（图 7.2.1） □ 在接合处的大气侧面忽略增加浓度的焊接这防止媒介空间或量的形成（图 7.2.1） □ 不要在真空侧面焊接前一个的焊缝在重新焊接前磨掉旧的焊缝不能过分强调要加入的表面清洁例如剥落、氧化、油、油脂、油漆和焊剂残渣之类的污染物促成高除气率、机械地减弱结合、增加多孔性并且是潜伏的实质渗漏清洁方法包括喷砂（玻璃水珠珩磨在内表面上） 、磨和加工这些方法必须跟随用溶液足够的清洗、酸洗或烘培后7.3 真空系统设计计算排出一个假设量到一个特别压力和加工流量率的时间都决定了泵的选择不同因素使之几乎不可能决定一个精确的数学计算方法，但一个接近的大约是可能的泵下降时间 T 的公式与一个假设量 V 和持续泵速度 S 关系是：T=V2.3F/S在这里 F 是泵从一个假设最后压力表的下降因素。

V，S 和 T 必须是用普通单位我们已假设大气压力为 103 TORR（实际标准是 7.6X102 TORR） 例如，假设我们使用在图 7.3.1 表示的泵因素的泵，1.65 公升每秒 10-3 TORR，然后泵下降1 公升的一室到 10-3 则变为 T=1 2.3(6)=8.4 秒1.65如果选择每秒 2.67 公升大气压力的泵速度，计算时间为 T=1 2.3(6)=5.2 秒2.67更好的近似值是使用 1ATM 与 10-3 TORR 之间的平均泵速度（我们感兴趣的范围）：S=1.65+2.67=2.16 公升每秒2 然后 T=1 2.3(6)=6.4 秒2.16作为进一步的例子，决定一个 15 公升室到 10-3 TORR 的泵下降必要时间，使用同样的泵：从 T=V 2.3 F S我们可以看到 15 倍的量将花费 15 的时间因为 1 公升花 6.4 秒，15 公升将花 15X6.4=96秒如果我们要排放室到 10-4 TORR，我们不得不找到 10-3 到 10-4 的平均速度注意泵速度持续在更低下下降在这种情况下，下降到 1.5 公升每秒 10-4 TORR这十个的速度是：S=1.5+1.65=1.57 公升/ 秒从 10-3 到 10-4 排放室时间计算为：T=15 2.3(1)=22 秒1. 57排放室到 10-4 TORR 从大气的时间然后是:96+22=118 秒□ 导管和管子我们回到原始真空系统，一个 15 公升室，正在由机械泵抽吸。

假设计算是室直接不通过内部连接管子或导管或阀门连接到机械泵假设机械泵要从真空室分离，并由一条直径 10 厘米和长度 1000 厘米的导管连接到室导管下降泵速度要多久？记住：1/SEFF=1/SP+1CT在这里 SEFF 为有效泵速度，SP 为泵速度和 CT 为连接的导电系数首先，我们看看在粘性流量区域里的泵特征在这个区域里泵导电系数是CV=182 PD4/L=182X380X10000/1000=691000 公升/秒且 1SEFF=2.1公升S/SEC1+1在粘性流量里导管几乎或无效地影响泵速度然而，在分子流量我们发现管子导电系数为 CP=12.1 D3=12.1X1000/1000=12.1 公升/秒且有效泵速度现在降为:1SEFF =1.39 公升/秒=1/1.57+1/12.1从 10-3TORR 到 10-4TORR 泵下降时间，最初 22 秒，现在为 T=15 2.3(1)=24.8 秒1.39使用一个更大的管子，直径为 12 厘米，在分子流量里导电系数为 20.9 公升/秒，将使 1.46公升/秒的总泵速度及 23.6 秒的泵时间上述所有计算都是假设，没有比室量的其它气体装载。

因为吸收的气体，除气作用、增加的加工气体例如在镀膜机里使用，会增加气体载量在选择正尺寸泵时这些气体必须计入7．4 增加计算率通过看其它加工气体室增加率的测量暗示系统密封度1． 1 建立一个基础线路压力，系统完全操作的2． 2 隔离室（接近所有阀门） 3． 3 一个固定流逝时间 D T 例如 10 分钟后观察室压力4． 计算增加率，用 TORR/秒例如：基础线压力 1X10-6 TORR=P110 分钟后压力 1X10-5 TORR=P2P2 .00001P1 .0000001DP .0000009 TORR=9.0X10-6 TORR 压力变化DP/DT=9.0X10-6 TORR/600 秒=1.5X10-8TORR/秒因此变化率是 1.5X10-8 TORR 每秒，是一个紧密的系统 （数据越低，越好！在-6S 或-7S 的增加率暗示有些渗漏，但在-4S，-3S 和-2S 的率暗示很大的渗漏你可以测量你的特别系统的普通增加率在这普通数据里的增加暗示有渗漏很自然地，如果你知道系统量，你能计算在 TORR-公升/秒里实际气体装载例如，如果增加率是 1.5X10-8TORR/秒你的室大小是.5MX3MX20M 或者是 30KL 的30M3，然后简单地乘：（TORR/ 秒 X 公升）得到 QO；气体装载。

QO=1.5X30KLX10-8TORR/秒 =4.5X10-4TORR 公升/ 秒如果渗漏系统内部表面面积是 150M2=1.5X106CM，平均除气率为4.5X10-4TORR 公升/秒=3X10-10TORR 公升/秒/CM 21.5X106CM一个非常低的数字给除气作用考虑在 7.1 部分的假设值，考虑材料。