真空技术概况《真空技术》真空技术概况一.前言现在，在我们身边利用真空技术的日用品到处可见。例如真空保温杯，保温饭盒，暖水瓶；在食品方面就更多了，如真空罐装液体，真空挤奶，真空干燥食品，真空包装，真空炸制食品等，举不胜举。压差力的利用如电除尘器，高楼擦玻璃的机器人，板材的运输等（如Al板、Cu板、玻璃板的运输）。电子管和电视显像管（电子束管），利用绝热效果的不锈钢制的罐、杯、碗，真空包装食品，真空下使之干燥的食品等为代表的物品。前言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。前言在此，首先说明真空的概念及其发展经过，其次叙述真空的获得技术和检测技术的要点，最后对所有的真空应用领域加以具体实例来说明。与真空有关的作为大科学的核聚变、大型加速器和宇宙航天技术，这些简要的加以说明。二.真空的概念与真空技术的发展2.1何谓真空作为表示真空的单位，现在用Pa（帕斯卡）作为单位，原来的是用Torr（托）作为真空的单位，现在均统一用Pa。Pa与Torr的关系如下：图1地表以上的真空度2.2真空技术的历史年年年年年由于真空技术的飞速发展，用炭素灯丝发明了白炽灯泡（1875年），为了使灯丝的寿命长，使灯泡内含O2少而采用真空抽气的办法。20世纪初，人们在真空泵的开发上狠下功夫。因而，真空获得技术格外进步，出现大型蒸发用真空装置和大型的加速器。图2真空容器的容积与真空度的发展真空技术发展史的主要阶段真空技术的初创时期延续到电灯泡的发明。在这段时期内，在气体定律的基本原理方面，取得了重大的理论和实践的科学技术突破。如玻义耳-马里奥特，查理，盖.吕萨克，伯努利，阿佛加德罗，麦克斯韦，玻尔兹曼等人的成就。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。爱迪生对白炽灯的研制（1879年）也是早期发明排气系统所产生的结果。（Toepler,Sprengel）白炽灯表明了低分子密度的用途（除去大气的活性组分）。麦克劳真空计（1874年）第一次使测量低压成为可能。克鲁克斯（Crookes，1879）的阴极射线管是增大了的平均自由程的第一次利用。而杜瓦瓶（Dewar，1893）则是真空绝热的首次使用。真空二极管（1902）、三极管（1907）以及钨丝（1909）的发明，开始了电子管的研制，并使白炽灯的研制日益成熟。在白炽灯生产中使用的真空的“质量”在电子管的新领域内显得不足，这就促使真空的获得和测量得到进一步发展。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。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。1940年以后真空技术在核技术研究（回旋加速器、同位素分离等），真空冶金，真空镀膜，冷冻干燥设备方面有了很大进展，如1955年机械增压泵的出现。到1950年，真空度一般能达到10-4～10-5Pa，或许达到更低的压强但还不能测量。1950年B-A真空计的出现，为测量更低的压强开辟了道路，进入超高真空领域。1953年出现的离子泵能获得更低的压强，即所谓的“清洁真空”出现。在过去的几十年间，为完成最尖端科学技术的需要，真空技术向大容量化、高真空化和高清洁化的方向发展。2.3真空的获得和测量技术真空获得的方法可分成以下三类。（1）利用机械力的真空泵；（2）利用蒸汽喷射的真空泵；（3）利用表面现象的真空泵。这些泵的工作范围如图3所示。图3各种真空泵的工作范围各种泵可能达到的压力和抽速是组成真空系统所必须的。另外，欲获得高的真空度，适当的使用多台泵是必要的。超高真空状态的实现单用泵来抽是不行的，表面吸附的气体要烘烤除气或放电情况是必要的。极高真空的获得要使用低温泵，对于真空容器的材料的选择和内壁的处理是必不可少的。罗茨真空泵组真空的压力测定方法在较高压力时（105～1Pa）利用压力差U型管压力计，麦克劳真空计，薄膜计，弹簧管压力计等。在103～10-2Pa的中间压力范围，利用气体性质（热传导，粘性）的变化而做成的皮氏计、粘性真空计。在低压力时，使用将气体分子电离而测量的电离真空计。真空计的名称真空的概念与真空技术的发展三.真空技术的应用3.1真空的利用真空技术的