真空技术基础和应用课件.pptx
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- 真空技术 基础 应用 课件
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1、1 Concepts(基本概念)(基本概念)Mean Free Path of gas molecules(分子平均自由程)(分子平均自由程):Viscose flow(粘滞流)Vs.Molecular flow(分子流)Gas flow(气体流动)(气体流动):Throughput(流量),Conductance(流导),Pumping speed(抽气速率)Pumps:Mechanical(机械泵),Roots(罗茨泵),Turbo(涡轮分子泵),Diffusion(油扩散泵),Dry(干燥泵),Ion(离子泵),Cryo(冷凝泵)Gauges(真空规)(真空规):Mechanical(机
2、械规),Thermal conductance(热导规),Ionization(电离规),Chambers(真空腔体)(真空腔体):Joints(连接密封件)(metal(金属件),elastomer),parts(真空部件)Outlines(概述)概述):Key points(技术要点技术要点)Practical concerns:(实用技术)实用技术)1.Surface(表面的真空特性表面的真空特性)2.Material(真空材料的采用)真空材料的采用):SUS(不锈钢),Al alloy(铝合金),ceramic(陶瓷),plastic(塑料),Baking(烘烤技术)(烘烤技术)Vir
3、tual leak(虚假漏气)(虚假漏气)Leak test(检漏技术)(检漏技术)UHV(超高真空的获得)(超高真空的获得)Outlines(概述)概述):Vacuum Technology-1Vacuum Technology-1(真空技术之一)Concepts(基本概念)什么是真空?真空:气体分子数量低于大气压状态的空间。但不是完全空的 真空术语本底真空度:全密封真空腔体内抽空时的气压工作真空度:实验或工艺过程所必须的气压力极限真空度:真空泵进气口处测量得到的气压真空规:测量真空中气压的仪表或者传感器真空度单位:气压的单位 真空度就是真空中的气压。真空的测量就是气压的测量气压单位间的换算
4、关系大气压标准大气压:0度时,760mm 水银柱产生的压强。大气压:地球表面上,大气层产生的气压 随海拔高度和纬度不同而不同,在海拔3000米以内,每升高12米,降低1torr.工业大气压:1am=1kg/cm2=735.56torr 一个大气压约为1公斤压力 真空的分类粗真空:1atm-1Torr中真空:1torr10-3Torr高真空:10-3Torr-10-7Torr超高真空:10-7Torr-10-12Torr极高真空:真空室尺寸 分子流分子流 分子的运动互相之间是独立的,分子与墙壁表面的碰撞速率决定真空泵的抽气速度。真空度真空度如果平均自由程 真空室尺寸 粘滞流粘滞流分子运动互相影响
5、分子与分子的碰撞决定抽气气流动力学,抽气气流动力学,真空度真空度真空获得技术真空泵获得真空的方法:使用真空泵或者吸气剂,真空泵是获得真空的最重要工具。真空泵性能指标决定真空度高低。抽气速率的计算:通常情况下,真空泵的抽气量 正比于真空室气压 P,泵抽速 S 定义为:t PVP1SPSt PVS 单位:升/秒,/sQ=PS,因此分子数减少速率为:流量为:StPVtNPQddddat T=constPV=NRT,N是分子总数PVN at T=const通常稳态条件下,抽气管道中的流量是守恒的,即:Q=P1S1=P2S2pump 25/spump 1500/sP1P2P2=100 P1pump500
6、/sP1,P2连接管道,流导为:S1S221S1C1S1LD12C3D=直径,in cmL=长度,in cmC=流导,in/s例子 1D=15 cmL=20 cmC=2025/sS1=401 /s例子 2D=10 cmL=20 cmC=600/sS1=273 /s真空泵昂贵真空泵昂贵.连接管便宜连接管便宜.分子流条件下C有管道的真空泵抽速:管道流导的计算:管道并联的流导21C1C1C1C=C1+C2管道串联的流导LD12C3D=直径,in cmL=长度,in cmC=流导,in/sPav=管道内平均气压,in torr 分子流条件,D 5 cm,P mtorrPavC D 5 cm,L=con
7、stviscousmolecularmtorrl=5 cm 1 mtorr管道流导的计算:1明确各个要素2.4.2控制自己的形体语言误解开放的姿势表明面试者注意力集中3、急救及预防.不要随便使用家中电器,如电炉等。_还要吃的好,要吃有丰富蛋白质的食物,好象牛奶应聘者在面试中流露情感没有什么不好。应聘者自我观察的能力如何;pump 2100/spump 1500/sChamer 1gas inlet,N21x10-3 torr/s connecting tube1 cm inner diameter10 cm lengthgas inlet,O21x10-4 torr/s Chamer 2估计:
8、P(N2)in chamber 1P(N2)in chamber 2P(O2)in chamber 1抽空时间计算:抽空时间计算:SPtPVddSVe PPPVStPt/-0dd抽气流量方程 例子V=1000 S=500 /st=2 s每 2.3 t,气压降低10倍实际上实际上,真空度真空度 from 10-6 torr to 10-7 torr,却需要比上述估计长得多的时间,却需要比上述估计长得多的时间为什么?为什么?器壁表面脱气。器壁表面脱气。因此腔体材料的选择十分重要,特别是高真空系统因此腔体材料的选择十分重要,特别是高真空系统各类真空泵的抽速 真空泵的分类抽气式1.旋片式真空泵2.扩散
9、泵3.涡轮分子泵4.分子拖拽泵吸气式1.冷凝泵2.离子泵3.升华泵常用真空泵的原理:机械泵:油旋片泵,罗茨泵干式叶片泵,辊对泵,隔膜泵扩散泵涡轮分子泵离子和升华泵冷凝泵抽速工作气压压缩比气体选择性旋片式机械泵Mechanical Pump第一级:down to 10-1 torr第二级:down to 10-3 torrinlet密封,润滑返流 分子筛过滤油式干式(无油)密封不好寿命短污染Inlet pressure:10-3 torr torr atmheavy load at high pressureOutlet pressure:1 atm 1.1 atmlimited by oil
10、vapor&air back leak抽速大PinPout压缩比低 100QPPKnetinout净抽速Qnet=Pin Sfor-PoutSbackIf Pout is high,Qnet can be reduced to 0此时 Pout/Pin 达到,因此 K=Pout/Pin=Sfor/Sback 罗茨泵罗茨泵压缩比定义:to 机械泵对辊泵干式寿命短(5000 hrs)抗腐蚀性低Inlet pressure:10-3 torr torr atmOutlet pressure:1 atm 1.1 atm隔膜泵抽速低 气体分子的动量,传递动量实现被抽分子的定向运动,而油分子本身几乎不受影
11、响。冷却水管道负载过大,抽速降低油蒸汽压平均自由程 5 cm at inlet 出口处稍短 at outlet涡轮分子泵 高速叶片(转子)动量传递 叶片速度 分子速率220005008HforsmairforsmmTkvp有定子组阻挡分子返回(没有显示)对易感人群实施保护措施:病区暂停收治新病人,必要时对易感病人和工作人员实施预防性用药。2班主任及时传达上级有关安全文件精神,提出班级安全管理工作要求。进料速率对液滴尺寸影响:在恒定的轮转速,轮径及料液的物理性质情况下,液滴尺寸和进料速率成正比。即进料速度越快,液滴尺寸越大。8.配合卫生、工商行政管理部门对校园周边饮食单位的卫生状况进行监督,取缔
12、非法经营的小卖部、饮食摊点。能抑制微生物的生命活动,避免微生物的污染和发酵;一、贯彻执行中华人民共和国消防法和其它消防法规,在本单位防火安全委员会的指导下,具体负责本科室的防火工作。1.总则6班主任应对本班教室内各类设施的安全状况及时、定期进行检查,如存在安全隐患,及时处理或上报学校有关部门,并提醒学生注意。5严格交接班制度,上班时间不得离开岗位,严禁请学生代班。3.5 新兴的物理强化技术:(2)乙醇:第二条:现金和贵重物品应妥善保管,数量较多的现金应存入银行,贵重物品应加锁保管。分子抽速与入口气压之间的关系:对 H2而言,压缩比小,抽速低0QPPKnetinout压缩比分子泵的特点:涡轮分子
13、泵的优缺点方便,可靠,体积小可烘烤到 125 oC对小分子压缩比低:for H2,103 105润滑油脱气磁悬浮轴承 不需要维护耐腐蚀离子泵离子泵工作原理:1.产生放电;电子碰撞气体分子发生电离 2.离子注入进入钛阴极3.钛阴极发生磁控溅射,在阳极上沉积钛膜4.气体分子在钛表面被吸附,然后被掩埋离子泵的饱和效应记忆效应和脱气引起饱和效应优点:1.不需要前级泵2.关闭电源后,仍有抽气作用,用于维持真空3.耐用缺点:1.饱和效应明显,只能用于小负载2.脱气3.对气体有选择性,钛的吸附能力决定离子泵和升华泵的优缺点离子泵和升华泵的优缺点冷凝泵气体分子在过冷表面凝结,实现抽气 20K 活性炭 吸附 H
14、2,Ar,N2,O2,etc 80K 金属表面吸附 H2O,etc 1.对于可冷凝气体有很大的抽速2.不需要前级泵3.耐腐蚀1.与气体种类关系很大:No pumping for He,Ne 2.存在饱和效应3.出气量大冷凝剤的使用范围真空的测量技术选择真空规需要考虑的几个因素气压范围辐射环境的影响磁场因素温度震动腐蚀性程度大气压下开关时的损坏可能性真空规的分类和使用范围真空规(gauge)的分类1.机械类:液体柱,隔膜,etc测量压力实现真空度测量2.热传导类:热电偶(Thermal Couple TC)热电阻(thermo resister)(Pirani)热对流convection3.电离
15、规:e-+M M+2e-热阴极:热灯丝电离,W(钨)or Th(钍)on Ir冷阴极:放电电离粘度规:精确,not available now便宜,量程大 106响应非线性 相对测量线性响应绝对测量 物种相关Bourdon 规 通常用于高气压测量 一般连接在气瓶的调压器上 主要作用是检测系统内处于真空状态与否,不用于真空度测量工作原理:一端封闭的具有特殊形状界面的弯曲铜管连接到真空系统。周围大气压使得铜管弯曲程度随管内气压高低而变化 铜管带动齿轮连接的指针指示出气压的变化电容(隔膜)规:通过测量电容变化实现隔膜弯曲的测量。ddACpressureAbsolute pressure(绝对压强)r
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