《真空技术概论》PPT课件.ppt
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1、东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术的历史回顾与近代发展,真空技术概论,主讲人:杨乃恒 教授东北大学,真空技术概论,真空技术的历史回顾与近代发展,一.前言 二.经典真空技术及其应用的历史回顾 三、真空实用技术及其应用 四真空技术的近代发展,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,一.前言,“真空技术”作为独立的学科体系,始于19世纪末20世纪初。20世纪中期,随着电子器件、原子能、航天技术对真空条件的需求,推动了真空技术的长足进步。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,我国在20世纪60年代初,把真空技术作为极端技术(高压、真空、高温、低温)之一,受
2、到国家的高度重视。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,我校的“真空技术及设备”专业正是在这种情况下,于1958年诞生的,1962年有了第一届毕业生。1979年成立中国真空学会。1983年中国中国真空学会作为中国唯一的会员单位加入了国际真空科学技术于应用协会(IUVSTA)。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,传统的真空技术主要包括:真空的获得、检测以及真空系统的配置等。成分配合许多学科创新的条件和手段。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,然而,现代科学技术的相互交叉渗透,极大地丰富了真空技术的内涵。尤其是超高真空、超清洁表面的出现,揭
3、示了自然界中许多新的现象和规律,纳米科技就是一例。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,根据IUVSTA的划分,现代真空技术的分支学科包括:经典的真空技术(真空获得、检测、系统及其常规应用),真空冶金及表面工程,等离子体科学于技术,薄膜,电子材料及加工工艺,表面科学,应用表面科学,纳米科学与技术。目前我国真空学会也是安此分支设置专业委员会的。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,因此真空技术不仅为现代许多科技所需要,而且在更深层次的物理学研究中也是一个非常重要的物理范畴。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,二.经典真空技术及其应用的历史回
4、顾,1何谓真空 2 真空技术的发展历史,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,1何谓真空,所谓的真空,一种是物理学上的“真空”,没有或者不计气体分子和原子存在的物理空间,仅存在各种能量粒子的场空间;另一种是应用物理与技术所讨论的“真空”,指低于一个大气压力的稀薄气体的空间状态。“真空”一词来自拉丁语“Vaccum”,原意是“空虚”。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,地球上存在着自然状态的真空。包围地球的大气层、受地心引力(空气分子重力)的作用,离地面越高、空气越稀薄。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,通常衡量气体稀密程度的物理量是压力
5、,因为气体分子处于无规则的热运动之中,与物体碰撞时会产生压力。气体分子密度越大,气体压力也越大。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,在海洋平面上,气体产生的压力值为101325Pa,约105Pa,此值称为标准大气压。而珠峰顶处的大气压力只有32000Pa。为海平面处压力的三分之一左右。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,大气压力随着离地高度的递增而降低,基本按指数规律下降。18公里高空,大气压力降到标准大气压的十分之一,96公里高空,只有百万分之一。地球大气层以外的宇宙真空,称为“空间真空”,它是典型的“自然真空”。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之
6、一,真空技术概论,人通过胸腔和腹腔之间的膈膜的收缩和放松迫使肺呼吸,吸气时胸腔压力接近大气压力,呼气时可降到大气压力以下,即人为真空状态。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,进一步,人们运用科技手段,发明了各种真空泵去抽掉密闭容器中的气体,获得“人为真空”,逐渐形成了“真空技术”这个学科。但是,即使在使用现代排气方法获得的最低压力,也只能达到10121013Pa。还远未达到绝对真空。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,2 真空技术的发展历史,最早的真空获得和应用,可追溯到公元前六世纪,我国炼铁技术就相当进步,为了熔化铁,在炼铁炉上配有鼓风设备。最初使用的
7、叫“”的皮囊鼓风、“风箱”鼓风。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,风箱的作用过程包括:负压吸气和增压排气。与现在的往复活塞真空泵的作用原理基本相同。这种风箱在公元1367年时就已成为炼铁的重要工具了。这是最早真空获得和应用的实例。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,还有更为典型的例子是中医的拔火罐。两千年前,它已在我国民间用作治病的工具。它很好地利用了空气热胀冷缩、蒸汽冷凝等物理现象来形成罐内真空。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,历史上有确切记载获得“真空”的却是欧洲人。1643年,意大利人托利拆里做了大气压实验。,东北大学首期
8、真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,他用一根一端封闭的细长玻璃管和一个盛水银的小槽,先将水银从玻璃管开口端灌入,直到灌满全管。然后压住开口,将玻璃管倒立在水银槽内,再打开压住的开口。此时玻璃管中的水银高度逐渐下降,直到距离小槽液面以上760毫米时,就不再下降了。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,他认为在玻璃管上端的容隙容积内就是“真空”。随后,他的学生帕斯卡等人将实验搬到山上去做,结果水银柱低于760毫米,证明大气压与高度有关。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,1654年德国人葛利克发明了活塞真空泵。他为了证明大气压的巨大力量,曾做过一次公开实
9、验。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,他用两个直径119厘米的半球合起来,用真空泵将球内空气抽除,因而求的表面上受大气压是很大的横向分力,每个半球用8匹马,才能向相反方向拉开。因为该实验在德国马德堡做的,故称马德堡半球实验而闻名于世。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,1662年英国人玻义耳发现玻义耳定律,到1879年瑞士人伯努利提出气体分子运动论,他们奠定真空技术最初的物理基础。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,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
10、程孕育着电子学的诞生和发展。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,即所谓“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。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,1905年德国盖得发明了机械泵,1906年皮拉尼发明热阻真空计;之后,盖得又于1913年和1915年先后发明了分子泵、扩散泵;1916年贝克利发明了热阴极电离计。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,真空技术迅速从低真空发展到高真空,高真空技术的发展势头一直延续到第二次世界大战。尤其是希克曼193
11、6年发明了油扩散泵,潘宁1937年发明了冷阴极电离计,使得高真空技术在获得和测量两方面基本上已完善。直到今天,这些发明还运用在多数真空系统上。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,1940年以后真空技术在原子能方面得到广泛应用,并在真空冶金、真空镀膜真空冷冻干燥等方面得到扩展。到1950年,真空范围提高到104105pa。在某些实验室里也曾到更高的真空,但还不能测量出来。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,贝阿德阿尔珀特1950年发明了B-A规,才为测量超高真空创造了条件。1953年吸气剂离子泵的出现,使人们可以获得清洁超高真空。,东北大学首期真空技术培训
12、班系列教程之一,真空技术概论,从20世纪50年代到70年代的20多年里,真空技术融入许多尖端科学技术并一起得到迅速发展。高能加速器、等离子体核聚变装置、微电子学中朝大规模集成电路,特别是航天技术,促使真空技术发生新的飞跃。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,真空进入了“超清洁”时代,压力范围从104105pa下降到10121013pa。一下子真空独体高了七八个数量级,真空系统容积大到数万立方米:低温泵的抽速可高达107升/秒;,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,今天的真空技术,已能获得和测量从大气压(105pa)到1013pa,压力范围达18个数量级,并
13、随着某些新应用的开拓而要求一步步地接近“理想真空”。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,三、真空实用技术及其应用,1、形成压差可以做功。2、提高热电绝缘性能。3、延长粒子飞行路径。4、去除周围气体屏障。5、减少有害气体作用。6、高度清洁的物体表面。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,真空实用技术主要包含真空获得技术、真空测量与检漏技术、以及真空系统和元件的设计计算等真空技术的早期发展主要围绕这几方面进行。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,目前,常用的真空获的设备有各种机械泵,如旋片泵、定片泵、滑阀泵、罗茨泵往复泵、各种干式机械真空泵
14、、扩散泵、分子筛吸附泵、升华泵、溅射离子泵、涡轮分子泵和低温泵等。它们以不同的原理排气或吸附气体,以达到获得真空的目的。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,目前实用的测量真空度的各种真空计有U型真空计、压缩式真空计、热导真空计、热阴极电离真空计和冷阴极电离真空计等。它们以不同的原理测量真空度,其中对于通过其他物理测量间接获得真空度的,还需预先进行真空计较准。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一,真空技术概论,测量气体分压的有各种类型的质谱仪。可使其一密闭容器中获得所需的真空,还必须和各种漏孔作斗争,因而发明了各种检漏方法和工具,如氦质谱检漏仪。,东北大学首期真空技术培训班系列教程之一
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