培训系列之2(张世伟)真空工程理论基础
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真空镀膜技术基础张以忱
感 应 加 热 式 蒸 发 源
Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China
空心阴极等离子体电阻式加热式蒸发源
1.冷却水套 2.空心阴极 3.辅助阳极 4.聚束线圈 5.枪头 6.膜材 7.坩埚 8.聚焦磁场 9.基片
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1.2 真空镀膜特点
在真空条件下镀膜，膜不易受污染，可获 得纯度高、致密性好、厚度均匀的膜层。
膜材和基体材料有广泛的选择性，可以制 备各种不同的功能性薄膜。
某些金属蒸气压与温度的关系曲线
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清洗条件 基片应进行镀前处理（粗糙度小，表面上无污染 物，无氧化化层等）
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环形蒸发源
——环形线蒸发源
平面基片的环形线蒸发源
平行于基片的 环形线源的膜厚
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环形蒸发源
——环形平面蒸发源
平行于基片的环形平面蒸发源
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真空知识培训教材
真空理论知识培训拟制：许坤良目录：一.基础知识：二.往复式真空泵：三.旋片式油封机械真空泵：四.罗茨式真空泵：五.分子真空泵：六.油扩散泵：七.低温泵：八.真空泵流量的测量方法：九.冲洗抽气法：一.基础知识：1.真空及其度量：真空----一般是指在给定的空间内，压力低于101325Pa的气体状态。
在真空状态下，气体的稀薄程度，通常用气体的压力值来表示。
真空的主要特性-----真空状态同正常的大气状态相比较，气体较为稀薄，即单位体积内的分子数目较少，分子之间或分子与其他质点（如电子、离子）之间的碰撞几率减少，分子在单位时间内碰撞于单位表面积（如器壁）上的次数也相对减少。
分为：“自然真空”和“人为真空”人为真空---是指人们对一个容器进行抽气而获得的真空空间。
气体的稀薄程度叫真空度。
真空度可用气体压强、分子密度、平均自由程和形成一个单分子层的时间来描述，在真空科学与技术中，通常都用气体的压强来表示。
气体压强越低，真空度越高。
2.换算关系：1atm=1.01325*105Pa （1Pa=1N/m2）（760mmHg）1atm=760mmHg=760Torr（标准大气压）1Torr=133.322Pa（1Pa=7.5*10-3Torr=0.0075Torr=7.5mTorr）1bar=105Pa=750Torr 1Pa=7.5mTorr 1mbar=750mTorr3.各真空区域的物理特性及应用：低真空：1*105Pa-----1*102Pa=0.75Torr=750mTorr中真空：1*102-----1*10-1Pa=0.75mTorr高真空：1*10-1----1*10-6Pa=7.5mTorr超高真空：1*10-6---1*10-12Pa极高真空：小于10-12Torr3.1低真空（1*105Pa-----1*102Pa）在低真空状态下，气态空间的特性和常压时相比，没有明显的不同。
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十分频繁。
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
培训系列之4(岳向吉)：真空系统组成与设计基础
1.真空系统的组成
1.1真空系统的概念 1.2真空系统的组成元件 1.3真空系统的分类 1.4真空系统设计的基本内容
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1.1 真空系统的概念
马德堡半球实验
Magdeburg-spheres Experiment
用两个直径119厘米的半球合起来，用水银真空泵将球内
空气抽至粗真空，每个半球用8匹马才能向相反方向拉开。
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1.3真空系统的分类
1.3.1 粗低真空系统 1.3.2 中真空系统 1.3.3 高真空系统 1.3.4 超高真空系统
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1.3.1 粗低真空系统
十. 真空与低温技术及设备 （徐成海）
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培训系列真空测量技术基础
恶劣环境适应性
在高温、低温、强磁场等恶劣环境下，真空测量技术需要具备更高 的稳定性和可靠性。
智能化技术的应用
通过引入人工智能和物联网技术，可以提高真空测量技术的智能化 水平，实现远程监控、故障诊断等功能。
真空测量技术的未来展望
跨界融合
随着不同领域的交叉融合，真空测量技术将与其 它技术领域相结合，拓展应用领域。
培训系列真空测量技术基础
目录
• 真空测量技术概述 • 真空测量原理与技术 • 真空测量系统设计与应用 • 真空测量技术的发展趋势与挑战 • 实践操作与实验
01
真空测量技术概述
Chapter
真空测量技术的定义与重要性
真空测量技术的定义
真空测量技术是一种用于测量真空系统中气体压力 、成分和物理性质的技术。它涉及到多个学科领域 ，包括物理、化学、材料科学等。
真空测量系统应具备安全保护功 能，防止因超压、过流等原因对 系统造成损坏。
真空测量系统的组成与功能
用于测量气体流量， 通过测量气体流过传 感器的速度来计算流 量。
用于产生真空，通过 机械方式将气体抽出 真空腔室。
压力传感器
流量计
控制阀
真空泵
显示仪表
用于测量真空压力， 将压力信号转换为电 信号输出。
实验室设备
实验室中的各种设备，如质谱仪、 光谱仪等，需要高精度的真空度来 保势与挑 战
Chapter
真空测量技术的发展趋势
智能化
随着人工智能和物联网技术的快速发 展，真空测量技术正朝着智能化方向 发展，实现自动检测、远程监控和数 据分析等功能。
真空测量技术的重要性
真空测量技术在科学研究、工业生产和高端制造等 领域具有广泛的应用价值。例如，在电子、光学、 航空航天、核能和半导体制造等领域，真空测量技 术是保证产品质量和性能的关键手段。
在高温、低温、强磁场等恶劣环境下，真空测量技术需要具备更高 的稳定性和可靠性。
智能化技术的应用
通过引入人工智能和物联网技术，可以提高真空测量技术的智能化 水平，实现远程监控、故障诊断等功能。
真空测量技术的未来展望
跨界融合
随着不同领域的交叉融合，真空测量技术将与其 它技术领域相结合，拓展应用领域。
培训系列真空测量技术基础
目录
• 真空测量技术概述 • 真空测量原理与技术 • 真空测量系统设计与应用 • 真空测量技术的发展趋势与挑战 • 实践操作与实验
01
真空测量技术概述
Chapter
真空测量技术的定义与重要性
真空测量技术的定义
真空测量技术是一种用于测量真空系统中气体压力 、成分和物理性质的技术。它涉及到多个学科领域 ，包括物理、化学、材料科学等。
真空测量系统应具备安全保护功 能，防止因超压、过流等原因对 系统造成损坏。
真空测量系统的组成与功能
用于测量气体流量， 通过测量气体流过传 感器的速度来计算流 量。
用于产生真空，通过 机械方式将气体抽出 真空腔室。
压力传感器
流量计
控制阀
真空泵
显示仪表
用于测量真空压力， 将压力信号转换为电 信号输出。
实验室设备
实验室中的各种设备，如质谱仪、 光谱仪等，需要高精度的真空度来 保势与挑 战
Chapter
真空测量技术的发展趋势
智能化
随着人工智能和物联网技术的快速发 展，真空测量技术正朝着智能化方向 发展，实现自动检测、远程监控和数 据分析等功能。
真空测量技术的重要性
真空测量技术在科学研究、工业生产和高端制造等 领域具有广泛的应用价值。例如，在电子、光学、 航空航天、核能和半导体制造等领域，真空测量技 术是保证产品质量和性能的关键手段。
2011-00真空技术基础
4、薄膜科学与技术
• • • • • 真空蒸发镀膜 真空溅射镀膜 真空离子镀 化学气相沉积 激光脉冲沉积
5、电子材料和加工工艺
• • • • • • 真空电子器件 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 沉积加工工艺 外延生长技术 掩膜和刻蚀
6、表面科学
• • • • 固体表面电子结构 原子结构的研究 超高真空扫描遂道显微镜 表面性能测试
• 我国风箱传到欧洲多年后．马德堡市市长 里孔· 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受 到过中国风箱的启发。 • 但现代欧洲入普遍认为，瓦特发明蒸汽机 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 1738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基础。 • 从1643年托里拆利获得真空，到1879年爱 迪生发明碳丝电灯泡的200多年间，真空技 术经历了一个漫长的发展过程。这个过程孕 育着电子学的诞牛和发展。所谓“电真空器 件”就是内部空间为真空的电子器件。真空 技术为电子技术的发展开辟了道路。 • 在20世纪初，电子技术的发展，又推动了真 空技术的飞速发展。
• 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发 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 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、 超清洁表面的出现，揭示了自然领域中许 多新颖的现象和规律。
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，现代真空科学与技术 分成8个学科分支：
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119cm的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的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8每个半球共横向分力每个半球用8匹马才能向相反方向拉开
真空技术的基本知识
某些真空泵系列对其抽气速率则以几何级数来分档。其单位是 “L/S”。共分18个等级，分别为0.2，0.5，1，2，4，8，15，30， 70，150，300，600，1200，2500，5000，10000，20000，40000。 真空泵系列有时也可用泵的入口尺寸来表示，其单位是“mm”。
例：2X一70 表示双级旋片式真空泵,抽气速率为70L／S。
利用真空与大气之间的压力差所产生的力可实现真空在下述 方面的力学应用。
具体应用： 1. 真空吸引和输运固体、液体、胶体和微粒； 2. 真空吸盘起重、真空医疗器械； 3. 真空成型，复制浮雕； 4. 真空过滤； 5. 真空浸渍。
中真空 1.33×102 ~1.33×10-1（Pa）
气体分子间，分子与器壁间的相互碰撞不相上下，气体分子 密度较小 。
1. 真空的含义及表征
1.1大气与真空 1.2真空度的表征及单位 1.3真空区域的划分
2. 真空的获得
2.1 真空获得设备 旋片泵 定片式真空泵 往复泵 罗茨泵 水环真空泵 分子泵 滑阀式真空泵 油扩散泵
2.2 真空泵的选型
第一章 真空技术的基本知识
3. 真空测量及其设备
3.1 什么是真空测量
高的压强；
1.3 真空区域的划分
划分依据：真空在技术上的应用特点、真空的物理特性、 真空获得设备和真空检测仪表的有效适用范围 （GB3163）
低真空 1.33×105 ~1.33×102（Pa）
低真空这种气体状态与常压状态相比较，只有分子数目由多 变少的变化，而无气体分子空间特性的变化,分子相互间碰撞频 繁。
2. 真空的获得
分子密度减小 分子数减少
抽走 化学反应
吸附 结晶 容积扩大
2.1 真 空 获 得 设 备
例：2X一70 表示双级旋片式真空泵,抽气速率为70L／S。
利用真空与大气之间的压力差所产生的力可实现真空在下述 方面的力学应用。
具体应用： 1. 真空吸引和输运固体、液体、胶体和微粒； 2. 真空吸盘起重、真空医疗器械； 3. 真空成型，复制浮雕； 4. 真空过滤； 5. 真空浸渍。
中真空 1.33×102 ~1.33×10-1（Pa）
气体分子间，分子与器壁间的相互碰撞不相上下，气体分子 密度较小 。
1. 真空的含义及表征
1.1大气与真空 1.2真空度的表征及单位 1.3真空区域的划分
2. 真空的获得
2.1 真空获得设备 旋片泵 定片式真空泵 往复泵 罗茨泵 水环真空泵 分子泵 滑阀式真空泵 油扩散泵
2.2 真空泵的选型
第一章 真空技术的基本知识
3. 真空测量及其设备
3.1 什么是真空测量
高的压强；
1.3 真空区域的划分
划分依据：真空在技术上的应用特点、真空的物理特性、 真空获得设备和真空检测仪表的有效适用范围 （GB3163）
低真空 1.33×105 ~1.33×102（Pa）
低真空这种气体状态与常压状态相比较，只有分子数目由多 变少的变化，而无气体分子空间特性的变化,分子相互间碰撞频 繁。
2. 真空的获得
分子密度减小 分子数减少
抽走 化学反应
吸附 结晶 容积扩大
2.1 真 空 获 得 设 备
培训系列之质谱原理与真空检漏
真空检漏法分为：静态升压法、动态法和探 索法三种。这里介绍探索法。
探索法真空检漏系统
2.1 真空检漏法
在探索法检漏中，检漏器、被检件及辅助真空
系统的连接方式如上页图所示的两种方式。在系统
正常运转后就可以开始检漏工作。在示漏物质没有
施加到漏孔上时，检漏器8的本底输出信号可以认
为零(或补偿到零)。示漏物质施加到漏孔之后，示
应用，故在圆截面漏孔中取一微长度元ΔL，其 两端压差为Δp， 这样就满足了上述条件，并
令漏孔长为1cm，经分析可得到如下结论：
1.3 漏孔气流特性
当qL>10-6 Pam3s-1时，此时主要是粘滞流。 当qL<10-9 Pam3s-1时，其流动主要是分子流
。
不同种类气体通过漏孔漏率也不相同。如同 一漏孔的氦漏率与空气漏率的比值，在粘滞流 状态下为
真空室)的有效抽速为Se，则真空容器的允许漏率为
qLp＝0.1×pωmax Se
式中pωmax —— 真空装置最大工作压力
Se —— 泵对被抽容器的有效抽速
1.4 最大允许漏率的计算
(2)静态真空系统（无消气剂继续抽气）允许漏 率：
静态系统是指工作时与泵隔开的系统，一般
称密闭容器或封离容器。这种系统的特点是要求极
(3)斜线c，压力直线上升，这说明是漏气。漏气率正比
于内外压力差。外部是大气压，内部压力很低，后者与 前者相比可忽略不计．故漏气率就正比于大气压，是一 常数，压力呈直线上升。
(4)曲线d，压力开始上升很快．后来变得较慢，但不出 现饱和迹象。这是曲线b和曲线c的叠加，即同时存在放 气和漏气。曲线d的 对检漏方法的要求及选择
探索法真空检漏系统
2.1 真空检漏法
在探索法检漏中，检漏器、被检件及辅助真空
系统的连接方式如上页图所示的两种方式。在系统
正常运转后就可以开始检漏工作。在示漏物质没有
施加到漏孔上时，检漏器8的本底输出信号可以认
为零(或补偿到零)。示漏物质施加到漏孔之后，示
应用，故在圆截面漏孔中取一微长度元ΔL，其 两端压差为Δp， 这样就满足了上述条件，并
令漏孔长为1cm，经分析可得到如下结论：
1.3 漏孔气流特性
当qL>10-6 Pam3s-1时，此时主要是粘滞流。 当qL<10-9 Pam3s-1时，其流动主要是分子流
。
不同种类气体通过漏孔漏率也不相同。如同 一漏孔的氦漏率与空气漏率的比值，在粘滞流 状态下为
真空室)的有效抽速为Se，则真空容器的允许漏率为
qLp＝0.1×pωmax Se
式中pωmax —— 真空装置最大工作压力
Se —— 泵对被抽容器的有效抽速
1.4 最大允许漏率的计算
(2)静态真空系统（无消气剂继续抽气）允许漏 率：
静态系统是指工作时与泵隔开的系统，一般
称密闭容器或封离容器。这种系统的特点是要求极
(3)斜线c，压力直线上升，这说明是漏气。漏气率正比
于内外压力差。外部是大气压，内部压力很低，后者与 前者相比可忽略不计．故漏气率就正比于大气压，是一 常数，压力呈直线上升。
(4)曲线d，压力开始上升很快．后来变得较慢，但不出 现饱和迹象。这是曲线b和曲线c的叠加，即同时存在放 气和漏气。曲线d的 对检漏方法的要求及选择
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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
真空中气体的流动
气体流动的状态与原因
湍 流 —— 压力驱动 粘滞流 —— 压力驱动 过渡流 —— 混合原因 分子流 —— 自由扩散
真空中气体的流动
气体流动的状态与特征
湍 流 — 粘滞流 — 过渡流 — 分子流 —
真空中气体的流动
气体流动状态的判别——判据
雷诺数
湍 流 粘滞流（层流）
克努曾数
80 ℃。铝在一个标准大气压时要2400℃时才能 蒸发，在 10-3 Pa 只要847℃就大量蒸发。
真空的性质与应用
沸点降低与蒸发加强的应用（1）
——脱水与干燥
在真空环境下，使干燥过程加快。 主要用途：干燥粮食；纺织业的纤维干燥；印染
的真空去碱；造纸工业中的纸张脱水；水泥预制 件的快速干燥；化工行业的真空蒸馏、分馏、浓 缩等。
真空中气体的流动
气体流动状态的判别
粘滞流
过渡流
分子流
真空中气体的流动
气体流动的几个概念
体积流率 qv：（抽气速率、抽速）
单位时间内流过管道指定截面的气体体积(m3/s) 。
气体量G：气体压力与体积的乘积 (Pa m3) 。
： 流量qG
单位时间内通过管道某一截面的
气体量(Pa m3 /s)。
真空物理性质 真空获得技术 真空测量技术 真空应用技术 真空区域划分标准
真空区域的划分
划分真空区域的必要性 真空度的范围: 105 ~ 10-14 Pa (19个数量级
)
相当于:
1 光年 ~ 1 mm
划分: 低真空
中真空
高真空
超高真空,
极高真空
真空区域的划分
真空区域的划分原则-----真空的物理性质
如:感应炉: 油增压泵(高)+滑阀泵(低)
真空区域的划分
真空区域划分标准（GB/T3163-2007）
低真空(LV):
105 ~ 102 Pa
中真空(MV):
102 ~ 10-1 Pa
高真空(HV):
10-1~ 10-5 Pa
超高真空(UHV): 10-5~ 10-9 Pa
极高真空(VHV): 10-9~ 10-14 Pa
真空工程理论基础 讲授提纲
真空的基本概念 真空区域的划分 真空的性质与应用 真空中的气体流动 蒸汽在真空中的性质 真空中的电现象 气体的宏观性质 气体的微观性质 结束
真空的基本概念
真空的定义 自然真空与人为真空 真空技术的历史回顾 真空技术的应用领域
真空区域的划分
划分真空区域的必要性 真空区域的划分原则
、粘稠液体的输送。 使用实例：真空排污车；医疗中用的真空吸痰器
、手术刀吸血；真空铸造、成型、吸塑；化工溶 液输送；真空过滤等
真空的性质与应用
沸点降低与蒸发加强 在真空中，物质的性质发生变化：液体沸点降低
，蒸发升华加强。 液面上方大气压等于饱和蒸汽压时液体沸腾，同
时飞出液面的分子易于扩散。 如：青藏高原大气压力为380Toor，水的沸点为
真空的性质与应用
沸点降低与蒸发加强的应用（2）
——真空冷冻干燥
原理：在低温低压环境下，将固体中含有的水分 以固体的形式升华除去，从而可以保持固体原有 的许多特性。
应用实例：医学上的血浆存储（组织工程）；食 品、药品、保健品工业中的保鲜干燥处理等。
真空的性质与应用
沸点降低与蒸发加强的应用（3）
水蒸气的存在也会影响到压缩式真空计（麦氏计） 的精确使用。
水蒸气在表面的吸附不易脱附，为尽快排出水蒸气 ，可以采用烘烤、干燥气体清洗等措施。
蒸汽在真空中的性质
蒸汽的汽化潜热 液体在真空中蒸发变成蒸汽时需要吸收的
热量，称为汽化热。 要使液体汽化（固体升华），需要提供足
够的热量。（真空冷冻干燥也要加热） 液体蒸发吸收热量，有降温作用。如蔬菜
真空中气体的流动
气体流动的原因 气体流动的状态、特征与判别
粘滞流 过渡流 分子流 气体流动的几个概念 真空技术基本方程
真空中气体的流动
气体流动的原因 当真空管道两端存在着压力差时，气体就
会自动的从高压处向低压处扩散，便形成 了气体流动。 真空中的气体流动是气体自发扩散的结果 任何真空系统都是由气源、系统构件及抽 气装置组成的，气体从气源经过系统的构 件向抽气口源源不断的流动，是动态真空 系统的普遍特点。
真空区域的划分
真空区域的划分原则-----真空测量技术
低真空: 液位式真空计, 指针式真空表 中真空: 热偶计,电阻计, 薄膜规 高真空: 热阴极电离计, 冷阴极电离计 超高真空: B-A规, 极高真空: 调制规, 弯注规
真空区域的划分
真空区域的划分原则-----真空应用技术
真空应用设备中 (用户自己定义,不规范) 前级泵: 低真空 次级泵: 高真空
热量的传递方式：辐射、对流和热传导； 抽真空的作用：去掉对流和气体热传导；加辐射屏的作
用：降低辐射；最终达到绝热的目的。 绝热应用实例：暖水瓶；不锈钢保温壶；低温容器（杜
瓦瓶）；液氧槽车；超导技术中需要低温环境，离不开 真空； 电绝缘：真空环境下无导电载体，因而起到绝缘的效果 。应用实例：真空开关，无电弧。 隔音：无气体传递声音。应用实例：真空玻璃。
蒸汽的概念 饱和蒸汽压 蒸汽对真空的影响 水蒸气 蒸汽的汽化潜热
蒸汽在真空中的性质
蒸汽的概念
又称可凝性气体，是相对永久性气体而言 的。对于任何一种气体都有一个临界温度 ，处在临界温度以上的气体，不能通过等 温压缩发生液化，称为永久气体；而在临 界温度以下的气体，靠单纯增加压力即能 使其液化，便是蒸汽。
气体的宏观性质
气体宏观性质间的关系 —— 气体三定律
波义耳—马略特定律 盖·吕萨克定律 查理定律
气体的宏观性质
气体三定律的应用 用法：针对由一个恒值过程联结的两个气体状态，已知
门、冷阱等）的主要技术指标之一，直接反映元 件对气体流动的阻碍程度。是真空系统设计与计 算中需要首先计算的重要参数。
真空中气体的流动
气体流动的几个概念—流导
并联元件的总流导等于各分支流导的和
串联元件的总流导的倒数等于各元件流
导的倒数之和：
真空中气体的流动
气体流动ห้องสมุดไป่ตู้几个概念
真空技术基本方程
蒸汽在真空中的性质
真空中气体的流动
气体流动的几个概念
流量连续方程：在稳定流动状态下，
通过管道各截面上的气体流量相等。
真空中气体的流动
气体流动的几个概念—流导
定义：在单位压差下，流经一段管道的气流
量大小，称为该管道的流导，又叫通导能力。是 一个反映管道允许流过气体能力大小的参数，具 有体积流率的量纲（m3/s）。
水果保鲜，脱水降温，蒸发制冷。 积水蒸发结冰现象。
真空中的电现象
电子发射 气体放电 荷能粒子与表面间的作用
真空中的电现象
电子发射——真空中电子的两种来源
从中学学习物理时开始，我们就已经习惯于这样 的描述：“一个带电粒子无碰撞地在空间运动 ……。”你可曾想过？这个允许粒子自由运动的 空间必须是高真空环境，而那个带电粒子则是由
真空的性质与应用
力学性质 沸点降低与蒸发加强 绝热、绝缘与隔音作用 清洁环境与表面
真空的性质与应用
真空的力学性质 真空与大气之间存在压力差约为：
1kgf / cm2 真空力学性质特点：无处不在，而且均
匀恒定，可以作为良好的动力来源。
真空的性质与应用
真空力学性质的应用（1）
——真空的吸着、夹持、搬运、提升
方式：使用吸头、吸盘。 特点：结构简单、使用方便、夹持可靠。 历史回顾：1651年，马德堡半球实验 使用实例：胶印机吸纸；平板玻璃浮法生产线及
手工搬运；轧钢厂钢板的翻板机；电视机显象管 生产线；电子元件、炮弹的搬运等等。
真空的性质与应用
真空力学性质的应用（2）
——气流携带方式的动力输送
： 公式 一段管道的流导等于通过管道的气体
流量与管道两端的压力差之比
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
真空中气体的流动
气体流动的状态与原因
湍 流 —— 压力驱动 粘滞流 —— 压力驱动 过渡流 —— 混合原因 分子流 —— 自由扩散
真空中气体的流动
气体流动的状态与特征
湍 流 — 粘滞流 — 过渡流 — 分子流 —
真空中气体的流动
气体流动状态的判别——判据
雷诺数
湍 流 粘滞流（层流）
克努曾数
80 ℃。铝在一个标准大气压时要2400℃时才能 蒸发，在 10-3 Pa 只要847℃就大量蒸发。
真空的性质与应用
沸点降低与蒸发加强的应用（1）
——脱水与干燥
在真空环境下，使干燥过程加快。 主要用途：干燥粮食；纺织业的纤维干燥；印染
的真空去碱；造纸工业中的纸张脱水；水泥预制 件的快速干燥；化工行业的真空蒸馏、分馏、浓 缩等。
真空中气体的流动
气体流动状态的判别
粘滞流
过渡流
分子流
真空中气体的流动
气体流动的几个概念
体积流率 qv：（抽气速率、抽速）
单位时间内流过管道指定截面的气体体积(m3/s) 。
气体量G：气体压力与体积的乘积 (Pa m3) 。
： 流量qG
单位时间内通过管道某一截面的
气体量(Pa m3 /s)。
真空物理性质 真空获得技术 真空测量技术 真空应用技术 真空区域划分标准
真空区域的划分
划分真空区域的必要性 真空度的范围: 105 ~ 10-14 Pa (19个数量级
)
相当于:
1 光年 ~ 1 mm
划分: 低真空
中真空
高真空
超高真空,
极高真空
真空区域的划分
真空区域的划分原则-----真空的物理性质
如:感应炉: 油增压泵(高)+滑阀泵(低)
真空区域的划分
真空区域划分标准（GB/T3163-2007）
低真空(LV):
105 ~ 102 Pa
中真空(MV):
102 ~ 10-1 Pa
高真空(HV):
10-1~ 10-5 Pa
超高真空(UHV): 10-5~ 10-9 Pa
极高真空(VHV): 10-9~ 10-14 Pa
真空工程理论基础 讲授提纲
真空的基本概念 真空区域的划分 真空的性质与应用 真空中的气体流动 蒸汽在真空中的性质 真空中的电现象 气体的宏观性质 气体的微观性质 结束
真空的基本概念
真空的定义 自然真空与人为真空 真空技术的历史回顾 真空技术的应用领域
真空区域的划分
划分真空区域的必要性 真空区域的划分原则
、粘稠液体的输送。 使用实例：真空排污车；医疗中用的真空吸痰器
、手术刀吸血；真空铸造、成型、吸塑；化工溶 液输送；真空过滤等
真空的性质与应用
沸点降低与蒸发加强 在真空中，物质的性质发生变化：液体沸点降低
，蒸发升华加强。 液面上方大气压等于饱和蒸汽压时液体沸腾，同
时飞出液面的分子易于扩散。 如：青藏高原大气压力为380Toor，水的沸点为
真空的性质与应用
沸点降低与蒸发加强的应用（2）
——真空冷冻干燥
原理：在低温低压环境下，将固体中含有的水分 以固体的形式升华除去，从而可以保持固体原有 的许多特性。
应用实例：医学上的血浆存储（组织工程）；食 品、药品、保健品工业中的保鲜干燥处理等。
真空的性质与应用
沸点降低与蒸发加强的应用（3）
水蒸气的存在也会影响到压缩式真空计（麦氏计） 的精确使用。
水蒸气在表面的吸附不易脱附，为尽快排出水蒸气 ，可以采用烘烤、干燥气体清洗等措施。
蒸汽在真空中的性质
蒸汽的汽化潜热 液体在真空中蒸发变成蒸汽时需要吸收的
热量，称为汽化热。 要使液体汽化（固体升华），需要提供足
够的热量。（真空冷冻干燥也要加热） 液体蒸发吸收热量，有降温作用。如蔬菜
真空中气体的流动
气体流动的原因 气体流动的状态、特征与判别
粘滞流 过渡流 分子流 气体流动的几个概念 真空技术基本方程
真空中气体的流动
气体流动的原因 当真空管道两端存在着压力差时，气体就
会自动的从高压处向低压处扩散，便形成 了气体流动。 真空中的气体流动是气体自发扩散的结果 任何真空系统都是由气源、系统构件及抽 气装置组成的，气体从气源经过系统的构 件向抽气口源源不断的流动，是动态真空 系统的普遍特点。
真空区域的划分
真空区域的划分原则-----真空测量技术
低真空: 液位式真空计, 指针式真空表 中真空: 热偶计,电阻计, 薄膜规 高真空: 热阴极电离计, 冷阴极电离计 超高真空: B-A规, 极高真空: 调制规, 弯注规
真空区域的划分
真空区域的划分原则-----真空应用技术
真空应用设备中 (用户自己定义,不规范) 前级泵: 低真空 次级泵: 高真空
热量的传递方式：辐射、对流和热传导； 抽真空的作用：去掉对流和气体热传导；加辐射屏的作
用：降低辐射；最终达到绝热的目的。 绝热应用实例：暖水瓶；不锈钢保温壶；低温容器（杜
瓦瓶）；液氧槽车；超导技术中需要低温环境，离不开 真空； 电绝缘：真空环境下无导电载体，因而起到绝缘的效果 。应用实例：真空开关，无电弧。 隔音：无气体传递声音。应用实例：真空玻璃。
蒸汽的概念 饱和蒸汽压 蒸汽对真空的影响 水蒸气 蒸汽的汽化潜热
蒸汽在真空中的性质
蒸汽的概念
又称可凝性气体，是相对永久性气体而言 的。对于任何一种气体都有一个临界温度 ，处在临界温度以上的气体，不能通过等 温压缩发生液化，称为永久气体；而在临 界温度以下的气体，靠单纯增加压力即能 使其液化，便是蒸汽。
气体的宏观性质
气体宏观性质间的关系 —— 气体三定律
波义耳—马略特定律 盖·吕萨克定律 查理定律
气体的宏观性质
气体三定律的应用 用法：针对由一个恒值过程联结的两个气体状态，已知
门、冷阱等）的主要技术指标之一，直接反映元 件对气体流动的阻碍程度。是真空系统设计与计 算中需要首先计算的重要参数。
真空中气体的流动
气体流动的几个概念—流导
并联元件的总流导等于各分支流导的和
串联元件的总流导的倒数等于各元件流
导的倒数之和：
真空中气体的流动
气体流动ห้องสมุดไป่ตู้几个概念
真空技术基本方程
蒸汽在真空中的性质
真空中气体的流动
气体流动的几个概念
流量连续方程：在稳定流动状态下，
通过管道各截面上的气体流量相等。
真空中气体的流动
气体流动的几个概念—流导
定义：在单位压差下，流经一段管道的气流
量大小，称为该管道的流导，又叫通导能力。是 一个反映管道允许流过气体能力大小的参数，具 有体积流率的量纲（m3/s）。
水果保鲜，脱水降温，蒸发制冷。 积水蒸发结冰现象。
真空中的电现象
电子发射 气体放电 荷能粒子与表面间的作用
真空中的电现象
电子发射——真空中电子的两种来源
从中学学习物理时开始，我们就已经习惯于这样 的描述：“一个带电粒子无碰撞地在空间运动 ……。”你可曾想过？这个允许粒子自由运动的 空间必须是高真空环境，而那个带电粒子则是由
真空的性质与应用
力学性质 沸点降低与蒸发加强 绝热、绝缘与隔音作用 清洁环境与表面
真空的性质与应用
真空的力学性质 真空与大气之间存在压力差约为：
1kgf / cm2 真空力学性质特点：无处不在，而且均
匀恒定，可以作为良好的动力来源。
真空的性质与应用
真空力学性质的应用（1）
——真空的吸着、夹持、搬运、提升
方式：使用吸头、吸盘。 特点：结构简单、使用方便、夹持可靠。 历史回顾：1651年，马德堡半球实验 使用实例：胶印机吸纸；平板玻璃浮法生产线及
手工搬运；轧钢厂钢板的翻板机；电视机显象管 生产线；电子元件、炮弹的搬运等等。
真空的性质与应用
真空力学性质的应用（2）
——气流携带方式的动力输送
： 公式 一段管道的流导等于通过管道的气体
流量与管道两端的压力差之比