真空介绍：从科学原理到实际运用
真空简介
一个标准大气压为1.0133×105帕。“真空”是指气压低于一个大气压的气体状态。在真空状态下，单位体积中的气体分子数大大减少，分子平均自由程增大，气体分子之间、气体分子与其它粒子之间的相互碰撞也随之减少。这些特点被应用于科研、生产的许多部门中。例如：加速器，电子器件，大规模集成电路，热核反应，空间环境模拟，真空冶炼等。在高真空中，由于材料中易挥发物的损失，表面吸附层的变化，物体表面特性也随之改变。七十年代以来，表面科学的研究一直十分活跃，它不仅有很强的理论性，还有重大的应用价值。随着科研、生产的发展，获得并保持真空已形成一门相应的技术¾¾真空技术。它包括：真空的获得、真空测量、检漏、真空系统的设计等
依据真空概念，低于一个大气压的气体状态称为真空。真空度愈高，压强愈低，故用气体压强表示真空度。我国采用国际单位帕(Pascal)，此外还有常用真空度单位毫巴（mbar）、托（torr）。
真空系统原理
真空是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，是一种物理现象，在真空技术里，真空系针对大气而言，一特定空间内部之部份物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，我们通称此空间为真空或真空状态
真空的获得
1. 机械泵
机械泵是利用机械方法使工作室的容积,周期性地扩大和压缩来实现抽气的。属于这一类型的有活塞抽气机和旋转抽气机。这是一种低真空泵，单独使用时可获得低真空，在真空机组中用作前级泵。
机械泵在工作过程中，转子在快速运动，两片旋片在不断伸缩，在定子与转子、旋片与定子、旋片与转子各自的接触处都存在磨擦，同时为了实现相对运动，活动零件相互间留有一定的公差，即存在着微小间隙。因此整个泵体必须浸没在机械泵油中，才能工作。泵油起着密封润滑和冷却的作用。
旋片真空泵是获得低、中真空泵的主要泵种之一，它可分为油封泵和干式泵，根据所要求的真空度（人们把真空度划分为低真空10^5~10^2pa，中真空10^2~10^-1pa，高真空10^-1~10-5pa，超高真空<10^-5pa），可采用单级泵和双级泵，其中以双级泵应用更为普遍；我们使用的旋片式真空泵(简称旋片泵)是一种油封式机械真空泵，其工作压强范围为101325-133X10-2(Pa)，属于低真空泵，它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵，广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。
旋片泵具有抽速快，体积小，重量轻，噪声低，维修方便，极限真空度高等优点，可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体，但它不适于抽除含氧过高的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。
旋片泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一，旋片泵多为中小型泵，旋片泵有单级和双级两种，所谓双级，就是在结构上将两个单级泵串联起来，一般多做成双级的，是由高压级与低压级二部分组成，它的吸入口与真空容器或真空设备连接，在运转时容器内的气体将大量吸入与排出。当设备获得真空时，高压级排气阀片将封闭，高压级吸入的气体将转送到第二级，并经第二级吸入与排出，这样真空设备可获得一定的真空，根据用户使用情况，可配备真空增压泵，将该泵做为前级泵，由于增压泵的抽气力加强，前级泵连续抽除，能使设备获得更高的真空；旋片泵的抽速与入口压强的关系规定如下：在入口压强为1333Pa133Pa和1.33X10 ^1(Pa)下，其抽速值分别不得低于泵的名义抽速的95%、50%和20%。
2. 分子泵
分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵，它广泛的应用于表面分析、加速器技术、等离子技术电真空器件的制造以及真空技术的各个领域。
3. 吸附泵
许多化学性活泼的金属元素，如钛、钨、钼、锆、钡等都具有很强的吸气能力。其中钛有强烈的吸气能力，在室温下性质稳定，易于加工，所以广泛用于真空技术，发展成为一种超高真空泵钛泵。
钛泵的抽气机理是气体分子碰撞在新鲜的钛膜上，形成稳定的化合物，随后又被不断蒸发而形成的新钛膜所复盖。新钛膜又继续吸附气体分子，如此形成稳定的抽气。钛泵对被抽气体有明显的选择性，对活性气体抽速很大，对惰性气体抽速很小。因而往往需要扩散泵等作为辅助泵。钛泵的极限真空度为10 ^-6--10 ^-10Pa。
钛泵可应用于热核反应装置，加速器，空间模拟，半导体元件的镀膜技术和要求无油污染的真空设备。
4. 低温吸附泵
用低温介质将抽气面冷却到20K以下，抽气面就能大量冷凝沸点温度比该抽气面温度高的气体，产生很大的抽气作用。这种用低温表面将气体冷凝而达到抽气目的的泵叫做低温泵，或称冷凝泵。
低温介质常采用比表面积大的分子筛、活性炭等，实验证明，分子筛在10^5~10^-9帕压强范围内，都有显著的抽气作用。
描述真空泵性能的参量
(1)起始工作压强是指真空泵开始工作时，被抽容器或泵入口处应达到的压强值。如果超过该压强值，真空泵将无法工作。一般扩散泵起始压强为10^-1帕，而机械泵为一大气压。
(2)最大反压强是指维持真空泵正常工作状态，泵的出口处所能承受的最大压强，又称临界反压强。真空泵出口处压强超过最大反压强，将不能工作。油扩散泵的最大反压强约为30帕左右。
(3)极限压强是指真空泵入口端经过充分抽气后所能达到的最低压强，亦称极限真空。
(4)抽气速率是指在一定压强、温度下，泵在单位时间内从被抽容器中抽出的气体体积。
(5)真空产生率是指在某压强下，单位时间内泵所抽出的气体量。
上述参量，对不同真空泵而言，常用其中几个主要参量来说明，尤其是抽气速率与极限真空最为重要。
真空测量
1.静态变形真空计
截面为椭圆形的薄壁金属弯管，一端封闭，另一端与真空室相通，当管内压强变化时，该弯管在内外压强差作用下发生弹性变形，这一变形传送给指示器，由刻度读出。如指针式压力真空表，这一类真空计适用于测量粗真空。
2.静态液体真空计
也称“U”形管压差计，它一端通大气，一端通真空系统，利用两管液面（如扩散泵油等）高度差表示系统的压强
3.压缩式真空计—麦克劳压强计