培训系列之真空工程理论基础-张课件 (一)
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培训系列之真空技术概况110页PPT
谢
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
培训系列之真空技术概 况
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
真空技术基础和应用培训PPT教案
相之间不碰撞。高真空和超高真空下的流 动。分子自由程远大于管道直径。 2. 粘滞流：与分子流相对，分子自由程远小 于管道直径，中真空下的流动。 3. 湍流：粘滞流的一类特殊状态，流速大而 粘滞强出现的不规则涡旋流动状态。
真空技术中的物理基础
基本定律和方程：
设计和分析真空系统的特征常用的基本定律 1. 理想气体状态方程：PV=nRT 2. 理想气体实验三定律：玻玛定律；盖吕定律和查理定律。
Байду номын сангаас
connecting tube 1 cm inner diameter 10 cm length
估计:
P(N2) in chamber 1 P(N2) in chamber 2 P(O2) in chamber 1
抽空时间计算：
d P V SP 抽气流量方程 dt
dP S P dt V P P0 e-t/τ τ V
parts（真空部件）
Outlines(概述）:
Key points (技术要点)
Practical concerns :(实用技术） 1. Surface (表面的真空特性) 2. Material (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） Virtual leak（虚假漏气） Leak test （检漏技术） UHV （超高真空的获得）
Vacuum 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
真空技术中的物理基础
基本定律和方程：
设计和分析真空系统的特征常用的基本定律 1. 理想气体状态方程：PV=nRT 2. 理想气体实验三定律：玻玛定律；盖吕定律和查理定律。
Байду номын сангаас
connecting tube 1 cm inner diameter 10 cm length
估计:
P(N2) in chamber 1 P(N2) in chamber 2 P(O2) in chamber 1
抽空时间计算：
d P V SP 抽气流量方程 dt
dP S P dt V P P0 e-t/τ τ V
parts（真空部件）
Outlines(概述）:
Key points (技术要点)
Practical concerns :(实用技术） 1. Surface (表面的真空特性) 2. Material (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） Virtual leak（虚假漏气） Leak test （检漏技术） UHV （超高真空的获得）
Vacuum 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
一章真空技术基础pptppt课件-PPT课件
第一章 真空技术基础
1. 真空的基本知识
2. 真空的获得 3.3.真空测量 4.4.真空系统
一、真空的基本知识
1. 什么是真空？ “真空” 拉丁文Vacuo，其意义是虚无 =>气体较 稀薄的空间。
2.真空的基本特点 a 气体分子的平均自由程大
室温下, 压强为 10-4 Pa 时氮分子的平均自由程 >50km。因此体积有限的超真空系统中，气体分子之 间或气体分子与带电粒子之间的碰撞都可以近似忽略。
3. 真空的应用
（1）产生压力差以完成某些过程
（2）降低某些过程发生所需要的能量势垒，如
凝聚或蒸发过程 （3）隔热 （4）产生干净表面，表面过程，可控薄膜沉积、 wafer bonding
（5）净化腔体(气体、灰尘)
（6）真空干燥
（7）提高分子运动平均自由程
4. 真空度的单位
真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表 示。1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“ 托 ”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压 力的单位为帕(Pa)。我国采用SI真空单位。
想要得到高纯度的薄膜，就必须尽量在较高真空度的环境 下，或是在不会与薄膜材料产生反应的氩气等的惰性气体中 进行。
e 改变反应进程
1 2 Si3N4 C SiC N2 3 3 G T 1 124117 83 G2 124117 83T RT ln p2/3
压强修正
压强降低，降低了反应温度
真空区域划分
真空区域划分为：粗 2 1 10 ~ 1 10 Pa
低真空
高真空 超高真空 极高真空
2 1 1 10 ~ 1 10 Pa
1 10 ~ 1 10 Pa
1. 真空的基本知识
2. 真空的获得 3.3.真空测量 4.4.真空系统
一、真空的基本知识
1. 什么是真空？ “真空” 拉丁文Vacuo，其意义是虚无 =>气体较 稀薄的空间。
2.真空的基本特点 a 气体分子的平均自由程大
室温下, 压强为 10-4 Pa 时氮分子的平均自由程 >50km。因此体积有限的超真空系统中，气体分子之 间或气体分子与带电粒子之间的碰撞都可以近似忽略。
3. 真空的应用
（1）产生压力差以完成某些过程
（2）降低某些过程发生所需要的能量势垒，如
凝聚或蒸发过程 （3）隔热 （4）产生干净表面，表面过程，可控薄膜沉积、 wafer bonding
（5）净化腔体(气体、灰尘)
（6）真空干燥
（7）提高分子运动平均自由程
4. 真空度的单位
真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表 示。1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“ 托 ”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压 力的单位为帕(Pa)。我国采用SI真空单位。
想要得到高纯度的薄膜，就必须尽量在较高真空度的环境 下，或是在不会与薄膜材料产生反应的氩气等的惰性气体中 进行。
e 改变反应进程
1 2 Si3N4 C SiC N2 3 3 G T 1 124117 83 G2 124117 83T RT ln p2/3
压强修正
压强降低，降低了反应温度
真空区域划分
真空区域划分为：粗 2 1 10 ~ 1 10 Pa
低真空
高真空 超高真空 极高真空
2 1 1 10 ~ 1 10 Pa
1 10 ~ 1 10 Pa
培训系列之真空工程理论基础(PPT 150页)
4
压强: Torr Pa bar mmHg mmH 2O
1atm 760mmHg 760Torr 1atm 1.01325 105 pa
1Torr 133.322Pa (1Pa 7.5 103Torr)
1bar 105 Pa
1mmHg 13.6mmH2O 9.8Pa
1atm 1bar 1Torr 1mmHg 1mmH 2o 1Pa
V0 V0,mol
R 8.31Jmol 1K 1 k 1.38 1023 JK 1
▪ 2.1.2 理想气体状态方程
1.01325 105 Pa M 22.4 103 m3 / mol
PV P1V1 P0V0
T
T1
T0
273K
8.31Jmol 1K 1 M R M
20
Hale Waihona Puke 所以 PV M RT mN RT N R T NkT
11
▪ 1.3 真空技术的应用领域
▪ 真空在输运、吸引、起吊及真空造型等设备中的应用
真空输运、吸引、起吊设备具有结构简单，易于操作、维护、 运输，起吊吸引过程中无振动，生产效率高，运送易损坏物 件安全可靠，对环境无污染等特点。
吸鱼、粮食、面粉、煤粉、烟草、水泥、泥浆、纸浆、粉状 矿物的输运
水泥地板、机场及公路水泥道路的快速吸干
5
▪ 1.2 真空区域的划分及其物理特性(应用)
105 Pa 102 Pa 101 Pa 106 Pa 109 Pa 1014 Pa
1）低真空（ 105 102 Pa）
n稠密，和正常情况下无太大差别，气体分子仍以杂乱无 章的热运动为主，气体分子间的相互碰撞还十分频繁，很 难实现带电粒子的定向运动，气体流动属粘滞流态。
压强: Torr Pa bar mmHg mmH 2O
1atm 760mmHg 760Torr 1atm 1.01325 105 pa
1Torr 133.322Pa (1Pa 7.5 103Torr)
1bar 105 Pa
1mmHg 13.6mmH2O 9.8Pa
1atm 1bar 1Torr 1mmHg 1mmH 2o 1Pa
V0 V0,mol
R 8.31Jmol 1K 1 k 1.38 1023 JK 1
▪ 2.1.2 理想气体状态方程
1.01325 105 Pa M 22.4 103 m3 / mol
PV P1V1 P0V0
T
T1
T0
273K
8.31Jmol 1K 1 M R M
20
Hale Waihona Puke 所以 PV M RT mN RT N R T NkT
11
▪ 1.3 真空技术的应用领域
▪ 真空在输运、吸引、起吊及真空造型等设备中的应用
真空输运、吸引、起吊设备具有结构简单，易于操作、维护、 运输，起吊吸引过程中无振动，生产效率高，运送易损坏物 件安全可靠，对环境无污染等特点。
吸鱼、粮食、面粉、煤粉、烟草、水泥、泥浆、纸浆、粉状 矿物的输运
水泥地板、机场及公路水泥道路的快速吸干
5
▪ 1.2 真空区域的划分及其物理特性(应用)
105 Pa 102 Pa 101 Pa 106 Pa 109 Pa 1014 Pa
1）低真空（ 105 102 Pa）
n稠密，和正常情况下无太大差别，气体分子仍以杂乱无 章的热运动为主，气体分子间的相互碰撞还十分频繁，很 难实现带电粒子的定向运动，气体流动属粘滞流态。
第1章 真空技术基础ppt课件
式中：n — 分子密度 (个/m3)； k — 玻尔兹曼常数，1.38×10-23 J/K；
P — 气体压强 (Pa)；
T — 气体温度 (K)；
V — 气体体积 (m3)；
m — 气体质量 (kg)；
M — 气体分子量 (kg/mol)； R — 普适气体常数，R = NA·k = 8.314 J/mol·K； NA — Avogadro常数，6.02×1023 个/mol；
1.333×10-3
(1.013×105/760) (1.013/760)
atm
1.316×10-3
(1/760)
PSI 1.9337×10-2
7.501×10-3
(760/1.013×105)
7.501×102
105
10-5
9.869×10-6 1.4504×10-4
(1/1.013×105)
9.869×10-1 1.4504×101
P nkT n P Avogadro定律：
kT
一定温度、压力下，各种气体单位体积内含有的分子数相同。
4）气体分子的自由程（）：每个气体分子在与其它气体分子连续2次碰撞之间运动经历的路程。
平均自由程（ ）：气体分子自由程的统计平均值。
1 kT 2π 2n 2π 2P
表明：
1） 与P成反比，而与 T 成正比；
国际单位制（MKS制，即SI制） 1 Pa＝1 N / m2
主要单位制
厘米克秒制（CGS 制） 1 bar＝106
英制（FPS制） 1
PSI ＝1
lbf
/ in
2
dyne/cm 2
毫末汞柱制（mmHg 制）1 torr＝1 mmHg ＝1/ 760 atm
培训系列之2(张世伟)真空工程理论基础
培训系列之2(张世伟)真空工 程理论基础
之一：真空技术的历史、现在与将来 之二：真空工程理论基础 之三：科技论文的检索、撰写与发表 之四：清洁真空获得技术 之五：真空系统设计 之六：真空系统设计辅助软件的使用 之七：真空测量 之八：真空装置与系统的检漏 之九：大型真空装置的监测与故障诊断 之十：专家座谈 之十一：真空获得技术 之十二：现代表面与薄膜技术 之十三：真空材料与真空卫生 之十四：真空技术应用及计算实例
荷能粒子与表面间的作用
荷能粒子： 诱导脱附：电子轰击去气 加热：电子束熔炼 溅射：镀膜
气体的宏观性质
表示气体宏观性质的物理量 气体三定律 理想气体状态方程 道尔顿定律
气体的宏观性质
表示气体宏观性质的物理量 压力 p / Pa 温度 T / K（关于真空中的温度） 体积 V / m3 质量 m / kg 密度 ρ/ kg·m-3 （分子数密度 n）
真空中的电现象
气体放电——定义与装置
定义：所谓气体放电，就是空间气体中有宏观
电流流过的气体导电现象。
直流 放电 装置
真空中的电现象
气体放电——伏安特性曲线与分类
分类：直流放电
汤生放电 辉光放电 弧光放电
真空中的电现象
气体放电——其它形式放电
射频放电（R.F. 13.56MH）
绝缘材料电极的放电
蒸汽在真空中的性质
饱和蒸汽压
封闭空间中，蒸汽与液体（固体）达到动 态平衡时所保持的状态称为饱和状态，此 时的蒸汽压力称为对应当时温度下的饱和 蒸汽压，当时的温度则称为饱和温度，即 对应当时压力的沸点。
饱和蒸汽压与饱和温度的一一对应关系， 由物质性质所决定。
蒸汽在真空中的性质
蒸汽对真空的影响 挥发性强的物质相当于放气源，常常会限
之一：真空技术的历史、现在与将来 之二：真空工程理论基础 之三：科技论文的检索、撰写与发表 之四：清洁真空获得技术 之五：真空系统设计 之六：真空系统设计辅助软件的使用 之七：真空测量 之八：真空装置与系统的检漏 之九：大型真空装置的监测与故障诊断 之十：专家座谈 之十一：真空获得技术 之十二：现代表面与薄膜技术 之十三：真空材料与真空卫生 之十四：真空技术应用及计算实例
荷能粒子与表面间的作用
荷能粒子： 诱导脱附：电子轰击去气 加热：电子束熔炼 溅射：镀膜
气体的宏观性质
表示气体宏观性质的物理量 气体三定律 理想气体状态方程 道尔顿定律
气体的宏观性质
表示气体宏观性质的物理量 压力 p / Pa 温度 T / K（关于真空中的温度） 体积 V / m3 质量 m / kg 密度 ρ/ kg·m-3 （分子数密度 n）
真空中的电现象
气体放电——定义与装置
定义：所谓气体放电，就是空间气体中有宏观
电流流过的气体导电现象。
直流 放电 装置
真空中的电现象
气体放电——伏安特性曲线与分类
分类：直流放电
汤生放电 辉光放电 弧光放电
真空中的电现象
气体放电——其它形式放电
射频放电（R.F. 13.56MH）
绝缘材料电极的放电
蒸汽在真空中的性质
饱和蒸汽压
封闭空间中，蒸汽与液体（固体）达到动 态平衡时所保持的状态称为饱和状态，此 时的蒸汽压力称为对应当时温度下的饱和 蒸汽压，当时的温度则称为饱和温度，即 对应当时压力的沸点。
饱和蒸汽压与饱和温度的一一对应关系， 由物质性质所决定。
蒸汽在真空中的性质
蒸汽对真空的影响 挥发性强的物质相当于放气源，常常会限
《真空基础知识》课件
力下的真空状态 ，通常在100Pa至1000Pa之间。
高真空
超高真空
超高真空是指在极低压力下的真空状 态，通常在10^-6Pa至10^-9Pa之间 。
高真空是指在较高压力下的真空状态 ，通常在10^-3Pa至10^-5Pa之间。
02
真空的物理性质
真空中的气体分子分布
真空环境
在真空环境中，气体分子数极低，物质处于高度纯净状态， 有利于科学研究和技术应用。
真空的度量单位
帕斯卡（Pa）
帕斯卡是国际单位制中压力的单位，也是真空度的一种度量单位。
托（Torr）
托是国际单位制中压力的单位，常用于表示真空度。
毫米汞柱（mmHg）
毫米汞柱是常用的真空度单位，常用于表示低压力下的真空度。
中需要使用高真空或超高真空环境。
02
在物理实验中，高真空可以消除空气阻力对实 验的影响，例如在研究自由落体运动、弹性碰
撞等实验中需要使用高真空。
04
在材料科学中，高真空可以用于材料制备、表面处 理等，例如在薄膜制备、晶体生长等领域中需要使
用高真空或超高真空环境。
真空在工业生产中的应用
真空在工业生产中的应用也非常 广泛，例如在机械制造、航空航 天、电子制造等领域中需要使用 真空技术。
机械真空泵
利用机械运动将气体吸入并排出，以达到抽气 的目的。
扩散泵
通过加热使气体分子热运动加速，从而实现气 体扩散。
溅射泵
利用高能粒子将气体分子打散，使气体分子从 表面逸出。
真空的测量 技术
皮拉尼真空计
利用电阻丝加热后冷却的原理，测量 真空度。
冷阴极电离真空计
利用不同气体在加热状态下热导率不 同的原理，测量真空度。
高真空
超高真空
超高真空是指在极低压力下的真空状 态，通常在10^-6Pa至10^-9Pa之间 。
高真空是指在较高压力下的真空状态 ，通常在10^-3Pa至10^-5Pa之间。
02
真空的物理性质
真空中的气体分子分布
真空环境
在真空环境中，气体分子数极低，物质处于高度纯净状态， 有利于科学研究和技术应用。
真空的度量单位
帕斯卡（Pa）
帕斯卡是国际单位制中压力的单位，也是真空度的一种度量单位。
托（Torr）
托是国际单位制中压力的单位，常用于表示真空度。
毫米汞柱（mmHg）
毫米汞柱是常用的真空度单位，常用于表示低压力下的真空度。
中需要使用高真空或超高真空环境。
02
在物理实验中，高真空可以消除空气阻力对实 验的影响，例如在研究自由落体运动、弹性碰
撞等实验中需要使用高真空。
04
在材料科学中，高真空可以用于材料制备、表面处 理等，例如在薄膜制备、晶体生长等领域中需要使
用高真空或超高真空环境。
真空在工业生产中的应用
真空在工业生产中的应用也非常 广泛，例如在机械制造、航空航 天、电子制造等领域中需要使用 真空技术。
机械真空泵
利用机械运动将气体吸入并排出，以达到抽气 的目的。
扩散泵
通过加热使气体分子热运动加速，从而实现气 体扩散。
溅射泵
利用高能粒子将气体分子打散，使气体分子从 表面逸出。
真空的测量 技术
皮拉尼真空计
利用电阻丝加热后冷却的原理，测量 真空度。
冷阴极电离真空计
利用不同气体在加热状态下热导率不 同的原理，测量真空度。
培训系列之真空技术概况(PPT 108张)
空蒸发和真空涂层技术制作的透镜、玻璃、反 射镜、太阳能电池、各种LSI（大规模集成电路） 等。
前
言
相机镜头
太阳能电池
前
现在最尖端的科学技术的进展，很多受真空技 术所支配的。人类的最终的能源是核聚变，探 索物质结构的大型粒子加速器，今后会更加发 展，预期航天技术等大科学中适用高度的真空 技术，再有超晶格等新材料的合成，真空技术 是不可缺少的。
早期的真空二极管、三极管
技真 术空 的的 发概 展念 与 真 空
皮拉尼真空计、盖德、朗缪尔的汞扩散泵以及 热阴极电离真空计为高真空技术的发展提供了 可能。 热 阴 极 电 离 真 空 计 汞扩散泵
技真 术空 的的 发概 展念 与 真 空
高真空技术的发展一直 延续到第二次世界大战 前后。在1935～1936年 间取得了三项新成果： 气镇泵、油扩散泵以及 冷阴极电离真空计。这 些成果，直至现在仍是 大多数真空系统的常用 部件。
小知识
技真 术空 的的 发概 展念 与 真 空
真空实际使用的第一个进展，是和利用真空与大 气之间的压力差所产生的机械作用力联系在一起 的。葛利克用一个由两个半球合成直径为119cm球 体，内用真空泵抽空，在大气压力作用下在其两 边各用8匹马而不能拉开的这个经典实验证明了大 气的力量。（此即所谓的马德堡半球实验）。后 人把这个原理用于真空邮递线和真空铁路运输。
真空技术概况
东北大学第八期
《真空技术》 培训系列之
一. 真空技术概况 （巴德纯） 二. 真空工程理论基础 （张世伟） 三. 干式真空泵原理与技术基础 （巴德纯） 四. 真空系统组成与设计基础 （刘坤） 五. 真空获得设备原理与技术基础 （张以忱） 六. 真空测量技术基础 （刘玉岱） 七.真空镀膜技术基础 （张以忱） 八. 质谱原理与真空检漏 （刘玉岱） 九. 真空冶金技术基础 （王晓冬） 十. 真空与低温技术及设备 （徐成海）
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培训系列之真空工程理论基础-张课件 (一)今天，我们来谈谈培训系列之真空工程理论基础-张课件。
首先，我们需要理解什么是真空。
真空是指在一定体积内气压低于气
压计所能测试的最低值，即大气压力下的1/760。
真空的程度通常用压强、密度和平均自由程等参数来描述。
在真空工程中，我们需要掌握一些基本概念，如真空泵、真空系统、
真空度等。
真空泵是指为产生和维持低真空环境的装置，包括机械泵、分子泵、扩散泵、根泵等。
真空系统是指由多种不同的真空部件组成
的系统，如管道、吸附器、截留阀、变腔等。
真空度是指一个体积内
气体分子数量的大小，通常用帕斯卡（Pascal）或毫巴（mbar）表示。
在真空工程中，还需要了解一些基本理论和知识，如真空泵工作原理、渗漏现象、高真空度、反应蒸发等。
真空泵的工作原理包括单级和多
级工作方式，渗漏现象是指气体从一个部分流向另一个部分的现象，
高真空度是指真空度高于1×10^-3 mbar的真空环境，反应蒸发是指
在高真空下加热物质，以便将其气化并蒸发掉的过程。
另外，我们还需要了解真空技术在各领域中的应用，如电子工业、材
料科学、化学和生物技术等。
在电子工业中，真空技术被广泛应用于
制造晶体管、二极管、太阳能电池等电子元器件。
材料科学中，真空
技术被应用于制造硬质合金、陶瓷材料等。
在化学和生物技术中，真
空技术被用于分离和纯化化学物质和生物大分子。
总之，在学习培训系列之真空工程理论基础-张课件时，我们需要掌握
真空技术的基本概念、原理和应用，并深入了解真空泵、真空系统、
真空度等相关知识。
只有掌握了这些基础知识，才能更好地应用真空技术解决实际问题，促进工业生产和科学研究的发展。