真空用材料选择与技术
cvd薄膜沉积设备真空腔体 制造工艺
CVD薄膜沉积设备真空腔体制造工艺一、概述CVD薄膜沉积设备是一种用于制备薄膜材料的重要设备，其核心部件之一就是真空腔体。
真空腔体的制造工艺直接关系到设备的性能和稳定性。
本文将就CVD薄膜沉积设备真空腔体制造工艺进行探讨。
二、真空腔体的材料选择1. 材料要求CVD薄膜沉积设备真空腔体在使用过程中需要具备良好的耐腐蚀性、良好的导热性以及良好的机械强度。
鉴于这些要求，目前常采用的材料有不锈钢、铜、铝等。
2. 材料的选择原则（1）耐腐蚀性：选择能够在高温、高真空、化学腐蚀性气体环境下保持稳定性的材料；（2）导热性：选择导热性能良好的材料，以便排除真空腔体内部产生的热量；（3）机械强度：选择机械性能良好、不易变形的材料。
三、真空腔体制造工艺1. 设计制造工艺流程（1）根据设备的使用环境、工作温度和压力等因素，确定真空腔体的外形和尺寸；（2）选择合适的材料，并对材料进行加工处理，如切割、锻造、焊接等；（3）对制造好的真空腔体进行表面处理，以提高耐腐蚀性；（4）进行气密性测试，确保真空腔体的密封性能符合要求；（5）根据实际情况进行必要的装配、调试和测试。
2. 制造工艺探讨（1）材料切割：首先根据设计要求对选定的材料进行切割，得到真空腔体的基本形状；（2）材料加工：对切割好的材料进行精细加工，如锻造、折弯、焊接等，得到最终的真空腔体形态；（3）表面处理：对制造好的真空腔体进行表面处理，如喷涂防腐蚀涂料、抛光等，以提高其耐腐蚀性；（4）气密性测试：对加工好的真空腔体进行气密性测试，确保其在高真空环境下的密封性能符合要求；（5）装配调试：完成制造好的真空腔体的装配、调试和测试，确保其完全符合设计要求。
四、真空腔体制造工艺的挑战与发展方向1. 挑战CVD薄膜沉积设备真空腔体制造工艺在加工精度、气密性、耐高温和耐腐蚀性等方面都面临着严峻挑战。
如何确保真空腔体的加工精度和气密性达到要求，是目前的研究热点之一。
2. 发展方向随着材料加工技术、表面处理技术的不断进步，未来CVD薄膜沉积设备真空腔体制造工艺有望实现更高的加工精度、更好的气密性和更优异的耐腐蚀性。
真空绝热材料简介介绍
为什么需要真空绝热材料
由于真空绝热材料具有优良的隔热性能 ，因此被广泛应用于需要保温隔热的领
域，如建筑、能源、航空航天等。
传统的保温材料往往在高温或低温环境 下性能下降，而真空绝热材料由于其独 特的物理机制，能够在极端环境下保持
制冷设备保温
针对各类制冷设备，如制冷机、空 调、冷藏车等，真空绝热材料可以 提供有效的保温措施，延长设备使 用寿命。
保温行业的应用
建筑保温
真空绝热材料在建筑保温领域具 有广泛的应用，如外墙保温、屋 顶保温等，能够提高建筑能效，
减少能源消耗。
管道保温
在石油、天然气等管道的保温中 ，真空绝热材料具有较长的使用 寿命和良好的保温效果，能够降
低能源损失。
冷藏运输
真空绝热材料在冷藏车、集装箱 等冷藏运输工具的保温中发挥重 要作用，保证食品、药品等物品
的冷藏效果。
航空航天行业的应用
飞机保温
真空绝热材料在飞机上的应用能 够提供良好的保温效果，确保飞 机在极端环境下的正常运行。
火箭保温
在火箭和航天器的设计中，真空 绝热材料用于隔热和保温，保护 内部设备和人员免受外部环境的 影响。
真空绝热材料简介介绍
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目 录
• 引言 • 真空绝热材料的原理 • 真空绝热材料的应用 • 真空绝热材料的现状与前景 • 结论
01
引言
什么是真空绝热材料
真空绝热材料（Vacuum Insulation Material，简称VIM）是一种利用真空状态来 隔绝热传导的特殊材料。
真空绝热材料主要由芯材和外壳组成，其中芯材通常为多孔性材料，而外壳则起到 保护和密封的作用。
金属冶炼中的真空冶炼技术
真空冶炼技术在钢铁工业中广泛应用于生产 特殊钢材和高端钢材，如航空航天、汽车、 石油化工等领域所需的特种钢材。
在有色金属工业中的应用
真空冶炼技术可以用于提取和纯化各种有色金属，如铜、铝、锌、锡等。
通过真空冶炼技术，可以降低能耗和生产成本，提高金属的纯度和提取率 。
真空冶炼技术在有色金属工业中广泛应用于生产高纯度金属和合金，如电 子、通讯、航空航天等领域所需的特种金属材料。
02
真空冶炼技术可以实现连续生产 和自动化控制，减少人工干预和 操作时间，进一步提高生产效率 。
节能环保
真空冶炼技术可以在高真空或低氧压 的环境下进行熔炼，减少能源的消耗 和废气的排放，降低能耗和环保成本 。
真空冶炼技术可以使用低品位原料和 二次资源，减少对高品质原料的依赖 ，降低资源消耗和浪费。
• 真空冶炼技术的不断创新和突破，将有助于提高金属产品的质量和性能，降低生产成本，提高生产效率。随 着新材料、新工艺、新设备的不断涌现，真空冶炼技术有望在未来取得更大的突破。
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原料处理
对原料进行破碎、筛分、干燥等 预处理，以去除杂质、降低水分 含量，提高原料的纯净度和均匀 性。
真空设计执行标准
真空设计执行标准在真空技术应用领域中具有至关重要的地位，它确保了真空系统的性能、可靠性、安全性和经济性。
本文将详细介绍真空设计的主要执行标准，包括设计原则、技术要求、材料选择、制造工艺等方面。
一、设计原则真空设计应遵循以下原则：满足工艺要求、确保系统稳定性、提高系统效率、降低能耗和成本。
在设计过程中，需要充分考虑真空系统的实际工作环境，如温度、湿度、腐蚀性气体等因素，以及与其他设备的连接和协同工作问题。
二、技术要求1. 真空度要求：根据实际应用需求，设定合理的真空度指标。
真空度的高低直接影响到系统的性能和使用效果，因此需要根据实际情况进行权衡和优化。
2. 泄漏率要求：严格控制系统的泄漏率，确保系统在工作过程中能够维持稳定的真空度。
泄漏率的高低与系统密封性能密切相关，需要在设计和制造过程中予以重视。
3. 系统稳定性要求：确保真空系统在各种工况下都能稳定运行，不出现明显的性能波动。
这要求系统在设计时具备足够的鲁棒性和容错能力。
三、材料选择在真空设计中，材料的选择至关重要。
应选用具有高真空性能、耐腐蚀、耐高温、低放气率等优点的材料。
常用的真空材料包括不锈钢、铜、铝等。
此外，还需要根据实际应用场景选择合适的密封材料和润滑剂。
四、制造工艺真空系统的制造工艺也是影响其性能的关键因素。
在制造过程中，需要严格控制各部件的加工精度、表面粗糙度、清洁度等指标，以确保系统的密封性能和真空性能。
同时，还需要采用合适的焊接、热处理等工艺，以提高系统的整体性能和使用寿命。
五、检测与验收真空系统设计完成后，需要进行严格的检测和验收。
这包括对系统的真空度、泄漏率、稳定性等性能指标进行实际测试，以确保系统能够满足设计要求。
同时，还需要对系统的外观、结构、安全性能等方面进行检查，确保系统在实际使用过程中安全可靠。
六、维护与保养真空系统在使用过程中需要定期进行维护与保养，以确保其长期稳定运行。
这包括定期检查系统的密封性能、更换损坏的部件、清洗系统内部等。
真空技术在物理实验中的操作要点与技巧
真空技术在物理实验中的操作要点与技巧在物理实验中，真空技术是一项不可或缺的关键技术，它提供了一个无空气或气体分子的环境，从而减小了粒子间相互碰撞的可能性，保证了实验数据的准确性和可靠性。
然而，真空实验并不是一项简单的操作，需要熟练掌握一些关键的操作要点和技巧。
首先，在进行真空实验之前，必须对实验室的真空设备进行仔细检查和准备。
检查真空泵的真空度和漏气情况，并确保真空室的密封性良好。
此外，清洁真空室的内部表面，避免杂质对实验的影响，这对于一些高精度实验尤为重要。
其次，控制真空室中压力的变化速率也是实验操作中的一个重要问题。
在真空实验开始时，切勿突然关闭真空泵或快速排气，这会导致真空室内部的压力急剧变化，可能损坏实验仪器或实验样品。
正确的做法是逐渐加速真空泵的抽气速度，并且在达到期望的真空度后，逐渐将抽气速度降低到稳定的数值。
此外，真空实验中液体的蒸发问题也需要特别注意。
由于真空环境下的蒸发速度会增加，液体在容器中瞬间沸腾的现象可能会导致不稳定的实验结果。
为了避免这种情况发生，可以在实验开始前提前将液体加热至其沸点以上，或使用溶液进行实验，以降低液体沸腾的可能性，确保实验的稳定性。
在真空实验中，还需要合理选择适合的材料用于制作实验设备。
由于真空环境下的高温、低温和高真空度可能对材料产生不同的影响，因此需要对不同材料的特点进行了解。
一般来说，不锈钢是一种常用的材料，具有良好的耐高温和低温性能，且不易发生气体吸附现象。
在需要较高真空度的实验中，还可以使用铝或铁材料，因其表面氧化层能够吸附气体分子，从而减少气体的残留。
此外，在真空实验中控制原材料和实验环境的净度也是至关重要的。
杂质的存在可能导致真空泵损坏、实验过程中产生不稳定的结果。
因此，在进行真空实验之前，需使用高纯度的原材料，并对实验设备、容器和传感器进行彻底清洗，确保实验环境的净化。
最后，真空实验中的安全问题也需要引起重视。
一些实验材料在真空环境下会产生有害气体，例如氢气，要特别注意防爆和通风措施。
真空法兰标准
真空法兰标准真空法兰是一种用于连接真空系统的重要元件，它在真空系统中起着连接、密封和支撑的作用。
真空法兰标准是指真空法兰的规格和技术要求，它对真空系统的性能和稳定性有着重要的影响。
本文将介绍真空法兰标准的相关内容，包括标准分类、规格要求、材料选择等方面的内容。
一、标准分类。
根据国际标准化组织（ISO）的相关规定，真空法兰标准主要分为KF、CF、ISO-K等几种类型。
其中，KF法兰是一种快速接头法兰，适用于低真空和中真空系统；CF法兰是一种高真空用法兰，适用于超高真空系统；ISO-K法兰是一种通用型法兰，适用于各种真空系统。
这些不同类型的法兰标准在连接方式、密封结构、尺寸规格等方面有着各自的特点，用户在选择时应根据具体的使用要求进行合理的选择。
二、规格要求。
真空法兰标准对于其规格要求有着严格的规定，主要包括法兰的尺寸、密封结构、材料等方面。
在尺寸方面，法兰的外径、内径、螺孔尺寸等都有着具体的标准数值，以确保不同厂家生产的法兰能够互换使用。
在密封结构方面，法兰的密封面要求平整、无划伤、无氧化等缺陷，以确保连接时的密封性能。
在材料方面，法兰通常采用不锈钢、铝合金等材料制成，以确保其在真空环境下的稳定性和耐腐蚀性能。
三、材料选择。
在选择真空法兰时，材料的选择是非常重要的。
一般情况下，不锈钢是最常用的材料，因为它具有良好的耐腐蚀性能和机械性能，能够满足大多数真空系统的要求。
此外，铝合金也是一种常用的材料，它具有较轻的重量和良好的导热性能，适用于一些对重量和导热要求较高的场合。
在特殊情况下，还可以选择钛合金、陶瓷等材料，以满足特定的使用要求。
四、标准符合性。
在使用真空法兰时，用户应当选择符合相关标准要求的产品，以确保系统的性能和稳定性。
一般情况下，真空法兰的生产厂家会在产品上标注相关的标准编号和符合性标志，用户在购买时应当注意检查。
此外，用户还可以通过查阅相关的标准手册或咨询专业人士来了解产品的标准符合性情况，以确保所选产品能够满足系统的要求。
真空技术在科学实验中的应用
真空技术在科学实验中的应用在科学实验中，真空技术是一项至关重要的技术。
通过将实验装置中的气体抽除并创造出极低的气压，真空技术为研究者提供了一个无气体干扰的条件，使得科学实验能够更加精确、可靠地进行。
本文将介绍真空技术在科学实验中的应用及其重要性。
一、真空技术在物理实验中的应用在物理实验中，真空技术被广泛应用于以下几个方面：1. 材料研究：真空条件下，能够去除材料表面的气体分子层，使研究者能够更加准确地观察材料的物理性质，比如电子束蒸发技术可以制备出高纯度的薄膜。
2. 粒子加速器：在高能物理实验中，粒子加速器通过真空技术创造高真空条件，使得高能粒子能够在无气体碰撞的情况下进行高速运动和碰撞，从而探索基本粒子结构和宇宙早期的奥秘。
3. 真空电子学：真空技术在电子器件研究和制造中的应用越来越广泛，比如真空电子管、电子枪等，这些器件可以在真空环境中发挥更好的性能，提高电子设备的工作效率和可靠性。
二、真空技术在化学实验中的应用在化学实验中，真空技术也扮演着重要的角色：1. 热分析实验：真空技术可以应用于热重分析等实验中，通过在真空环境下加热样品，可以准确测量样品的质量损失，从而研究化学反应、燃烧过程等。
2. 沉积技术：真空技术被广泛应用于沉积工艺中，例如化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD），可以在真空环境中合成纳米材料和薄膜，广泛应用于材料科学和电子器件制造等领域。
3. 催化剂研究：真空技术可以通过去除氧气和水等气体分子，使催化剂表面处于无气体干扰的状态，从而更好地研究催化剂的活性和稳定性，促进催化剂设计和应用的发展。
三、真空技术在生物实验中的应用真空技术在生物实验中也有着广泛的应用：1. 细胞培养：在细胞培养实验中，通过使用真空泵将培养皿中的气体抽除，可以创造出低氧条件，模拟体内组织缺氧环境，从而研究细胞耐受性和药物作用。
2. 冷冻保存：真空冷冻技术广泛应用于生物样品和生物制品的保存与运输中。
真空用材料选择和技术
材料逸气之特性
(5) 电子与离子刺激退吸 当离子或电子撞击固体表面时，会使表
面上吸附之气体逸出，所照成之气体负荷将 限制系统所能达到的最低压力。在真空技术 中，电子或离子造成之热退吸作用使得真空 量测产生误差。而在在溅镀系统或辉光放电 的材料清洁过程中，离子退吸作用是材料气 体逸出的因素之一。
常用之真空材料种类与特性
金属性质
金属一般在真空系统中担任腔体的部份，它 必须能够被容易焊接，接合以及密合。
材料自身要有好的机械性质，能够抗压力， 同时低蒸汽压，低溢气量且对气体有极佳的 抗渗透率。
若对于特殊用途，如灯丝，绝热或是热传导 则是另当别论。
常见的金属有铝以及不锈钢。
常用之真空材料种类与特性
(1) 金属之蒸气压
(2) 气体的渗透性
气体分子溶入金属之中然后进行扩散随之穿 透金属。
若金属部份有锈蚀现象发生，则该处最容易 发生氢气渗透，因为水气容易与铁作用,形 成较高的氢分压。
(2) 气体的渗透性-氢气
气分子溶入金属之中然后进行扩散随之穿透 金属。
氢气是几个少数气体分子中最容易穿过金属的 气体。
若金属部份有锈蚀现象发生，则该处最容易发 生氢气渗透，因为水气容易与铁作用,形成较 高的氢分压。
逸气量(Outgassing)
材料在制造时，多少都会有气体分子被溶入材 料之内，当该材料面对一个真空环境时，该气 体分子将会逐渐释出。
该气体包括氢气，氮气以及氧气，一氧化碳， 另外也包括当材料暴露在大气时，材料表面吸 附了水气。
溢气速度与抽气速度决定腔体的最终压力其关
系如下
P100q(0W/m2)A(m2) S(L/s)
工作环境。
真空材料选择材料
材料选择之要素
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材料逸气之特性
(1) 蒸发 蒸发是造成物质蒸气压的主要原因，材料
之蒸气压大小随温度升高而增大，并随材料之 不同而异。
真空用材料选择和技术
材料逸气之特性
(2)热吸退 热吸退是真空系统中真空容器器壁内面或其内
对象表面所吸附之气体或蒸气因而热刺激而放出 热吸退之气体主要来源：
a) 器壁暴露大气时所吸附之气体或蒸气，在低压力时 慢慢放出
二氧化碳对于橡胶有很高的渗透率，相对于空 气则就小了许多。
倘若在一压力差相差极大的环境里，则高渗透 率的气体其穿越的机会远大于低穿透率的气体 。
真空用材料选择和技术
逸气量(Outgassing)
材料在制造时，多少都会有气体分子被溶入材 料之内，当该材料面对一个真空环境时，该气 体分子将会逐渐释出。
氢气是几个少数气体分子中最容易穿过金属的 气体。
若金属部份有锈蚀现象发生，则该处最容易发 生氢气渗透，因为水气容易与铁作用,形成较 高的氢分压。
氢在金属中乃是以原子方式扩散，在穿透后再 形成分子。
真空用材料选择和技术
(2) 气体的渗透性-玻璃
各种气体对于有机高分子都具有极高的渗透率 （纵使是惰性气体也是如此）。
若有螺丝与螺帽最好不要结合进行高温减少溢 气量的处理，避免两者结合
低温真空的减低溢气量处理不会达到效果，唯 独高温才有成效。
真空用材料选择和技术
试片经过不同处理的条件下其溢气量的 比较
1. 未经过清洗 2. 经过简单之清洗 3. 经过电镀的手续 4. 先经去油且再电镀 5. 经过抛光，去油再电镀
真空用材料选择和技术
常用之真空材料种类与特性
金属性质
金属一般在真空系统中担任腔体的部份，它 必须能够被容易焊接，接合以及密合。
材料自身要有好的机械性质，能够抗压力， 同时低蒸汽压，低溢气量且对气体有极佳的 抗渗透率。
若对于特殊用途，如灯丝，绝热或是热传导 则是另当别论。
常见的金属有铝以及不锈钢。
在超高真空中选用金属不外乎是，不锈钢， 镍合金，无氧铜。真空用材料选择和技术
(2) 气体的渗透性
气体分子溶入金属之中然后进行扩散随之穿 透金属。
若金属部份有锈蚀现象发生，则该处最容易 发生氢气渗透，因为水气容易与铁作用,形 成较高的氢分压。
真空用材料选择和技术
(2) 气体的渗透性-氢气
气体分子溶入金属之中然后进行扩散随之穿透 金属。
真空用材料选择和技术
玻璃与陶瓷
玻璃没有绝对的熔点，软玻璃与硬玻璃的分野 在于所掺入的氧化物不同，前者是在SiO2中掺 入sodium oxide 以及calcium oxide而后者则 是掺入boric oxide
真空用材料选择和 技术
真空用材料选择和技术
Outline
真空用材料 真空封合技术 真空阀门 真空引入
真空用材料选择和技术
真空用材料
真空用材料选择和技术
真空材料选择材料
一个真空系统所使用的材料包括金属，玻璃 ，陶瓷以及一些特殊橡胶。
要求的特点有
➢ 足够的机械性质阻挡内外压力差 ➢ 足够的致密性抵挡气体的渗透。 ➢ 低的蒸汽压及溢气量 ➢ 好的制造特质以便容易成型并同时能够抗恶劣
真空用材料选择和技术
常用之真空材料种类与特性
(1) 金属之蒸气压
一般的金属其蒸汽压都很低，然而有少数金 属其蒸汽压在真空系统baking时会影响到真 空度
Zn,Pb,Cd,Se,S
例如黄铜，有些螺丝含有Cd，303不锈钢含 有S以及Se
含有Zn以及Pb者之合金在工作环境达400500C时，将会严重破坏真空。
b) 器壁内之气体经由扩散作用移至内表面而后逸出 c) 外界之气体经由渗透作用抵达器壁内表面而放出
真空用材料选择和技术
材料逸气之特性
(3) 气体扩散 当气体抽气而压力降低后，溶解在材料中
之气体有浓度梯度存在，乃驱使此等气体分子 向表面移动，扩散是一种极为缓慢的过程，气 体由材料内向表面移动的速率，决定扩散现象 造成真空系统逸气的程度。
该气体包括氢气，氮气以及氧气，一氧化碳， 另外也包括当材料暴露在大气时，材料表面吸 附了水气。
溢气速度与抽气速度决定腔体的最终压力其关
系如下
P100q(0W/m2)A(m2) S(L/s)
真空用材料选择和技术
真空零件的处理
一般置于超高真空内的零件都必须经过高温的 处理，以降低溢气的问题。
铜金属最好采用无氧铜，因为铜氧化物会与氢 气形成水气，同时铜金属本身将会产生孔隙。
真空用材料选择和技术
材ห้องสมุดไป่ตู้逸气之特性
(4)气体渗透
气体被吸附在管壁外侧然后经由扩散作用通
过材料本体，最后在器壁内面经由热退吸作用进
入真空系统。
真空用材料选择和技术
材料逸气之特性
(5) 电子与离子刺激退吸 当离子或电子撞击固体表面时，会使表
面上吸附之气体逸出，所照成之气体负荷将 限制系统所能达到的最低压力。在真空技术 中，电子或离子造成之热退吸作用使得真空 量测产生误差。而在在溅镀系统或辉光放电 的材料清洁过程中，离子退吸作用是材料气 体逸出的因素之一。
真空用材料选择和技术
304与316不锈钢为最常见的真空材料。 303由于具有S所以虽然容易加工，但是基于
真空的考虑而不与采用 对于一般应用在冷冻帮浦的结构上，由于为了
减低其热传导的损失，因此必须采用薄的不锈 钢材料，所以研发出含有氮的不锈钢，例如 304N或316N 不锈钢之所以会具有高的抗氧性以及低的溢气 量乃是形成Cr2O3之故
工作环境。
真空用材料选择和技术
真空材料选择材料
材料选择之要素
机械强度大小
真空用材料选择和技术
δ表示平板中间可允许的变形量 LC=1.11D(D/h)1/2 为圆筒塴陷的临界长度，超过易塴陷
真空用材料选择和技术
材料逸气之特性
气体由真空系统内对象表面逸出统称为逸气，与漏 气及油蒸气回流形成真空系统主要之气体负荷
真空用材料选择和技术
经过不同的表面处理后其溢气量 之比较
真空用材料选择和技术
结构金属
铝与不锈钢为真空腔体中最常见的两种金属材 料。
铝价格便宜而且容易成形，但由于不易与其他 金属结合因此其用途受限。
常用在与O-ring的结合，或是真空腔体内内部 的组件。
300系列的austenitic 不锈钢为真空腔体最常用 的材料，其高的机械性质，耐腐蚀，易焊接， 低溢气量都是其优点。