第二部分第五章真空技術(shù)

5.1概述真空：低于大氣壓力的氣體狀態(tài)。單位：Pa低真空：10-1-103Pa；高真空：10-6-10-1Pa；超高真空：低于10-6Pa。真空技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)展了一系列的冶金新工藝，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時，出現(xiàn)了大量真空冶金物理化學(xué)問題待冶金工作者去研究。在現(xiàn)代分析測試技術(shù)中也需要真空技術(shù)的配合。1第一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一真空在冶金中的應(yīng)用：1）過濾；2）保存易腐物質(zhì)；3）熔點、沸點下降，有利于干燥、提純、分離；4）傳熱速度下降，有利于隔熱；5）電絕緣性良好；6）分子碰撞機會少，可制作加速器；7）固體對氣體吸附少，有利于物料的表面分析。2第二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一5.2真空獲得抽真空：獲得真空的過程，也叫排氣。5.2.1真空泵簡介真空泵：獲得真空的設(shè)備。

前級泵：能使氣壓從一大氣壓開始變小的真空泵；出口壓力1atm

次級泵：只能從較低的氣壓抽到更低的氣壓的真空泵；出口壓力<1atm

極限真空度：真空系統(tǒng)在排氣足夠長的時間后所能達到的真空度。抽速：規(guī)定氣壓下單位時間抽出的氣體體積。3第三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一獲得真空的基本方法：1、利用機械運動排走氣體；如活塞運動、轉(zhuǎn)子運動等。2、利用高速蒸氣流排走氣體；3、利用吸附使氣體由氣相變?yōu)楣滔?；如分子篩吸附泵、低溫吸附泵4、利用低溫冷凝氣體；利用液態(tài)氮，可得到溫度為4k的極冷表面，而液氨可得到20k的低溫表面。氣體如O2、CO、H2O等打到此表面上后立即失去熱量并立即凝固，分子不斷打到冷表面，空間分子密度不斷下降。4第四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一真空泵按工作特點可分為兩類：1、傳輸泵：把氣體直接或間接傳輸?shù)酱髿庵?，又分容量泵和動量泵。容量泵：往?fù)式、滑閥式、旋轉(zhuǎn)式。動量泵：分子泵、噴射泵。2、捕集泵：將氣體暫時或永久貯存在泵中，不排到大氣。如吸附泵、升華泵、低溫泵。5第五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一真空泵簡介：1、往復(fù)式真空泵可獲得粗真空；103Pa2、水蒸氣噴射真空泵10-1Pa3、滑閥式真空機械泵7×10-2Pa4、油真空增壓泵實際上是一種噴射泵10-25、機械增壓泵10-2Pa6、渦輪式分子真空泵10-6Pa7、復(fù)合式鈦離子真空泵10-7Pa8、分子篩吸附泵10-2Pa9、濺射離子泵10-6Pa10、低溫泵液氨致冷10-8Pa

液氮致冷10-11Pa6第六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一機械泵：利用機械旋轉(zhuǎn)造成吸氣和排氣獲得真空機械泵結(jié)構(gòu)圖7第七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一5.2.2旋片式真空泵1）結(jié)構(gòu)旋片式機械泵主要由進氣口、定子、轉(zhuǎn)子、翼片、排氣閥等組成。如圖！1排氣管，2進氣管，3外殼，4排氣閥5真空泵油，6定子，7轉(zhuǎn)子8翼片，9彈簧8第八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一2）工作原理9第九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一

有害空間的存在影響泵的極限真空度；抽可凝性氣體時需裝氣鎮(zhèn)閥。

10第十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一3）注意事項（1）機械泵裝機位置要便于觀察、清洗、換油；（2）停止工作時應(yīng)向泵中放入干燥空氣；（3）不能反轉(zhuǎn)；（4）不能有硬物落入泵中；（5）不能混入易蒸發(fā)的雜質(zhì)；（6）定期清洗泵體和更換泵油。11第十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一5.2.3擴散泵結(jié)構(gòu)：加熱部分、噴射部分和冷卻部分。有幾級噴嘴就稱幾級泵。1進氣口,2冷阱,3水冷壁,4噴嘴,5油蒸氣導(dǎo)管,6排氣口,7泵油,8漏油導(dǎo)管,9加熱電爐.12第十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一13第十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一擴散泵只能作為次級泵使用！存在兩個反擴散：1）泵底部和上部被抽氣體的密度差形成的反擴散；2）油分子與被抽氣體分子碰撞，改變方向進入被抽系統(tǒng)。改進措施：改善噴嘴設(shè)計、提高擴散泵油質(zhì)量、加裝冷阱。14第十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一使用擴散泵注意事項。抽到預(yù)備真空才能開始工作。裝配前須清洗并裝入足夠工作液體。未通冷卻水，不得加熱擴散泵。開關(guān)機順序：（開前級泵→開冷卻水→加熱擴散泵）→（停止加熱→冷卻后停冷卻水→停前級泵）油擴散泵極限真空度可達10-5Pa。超高真空可達5×10-8Pa。15第十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一其他類型的真空泵水環(huán)式真空泵羅茨式真空泵16第十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一17第十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一課堂作業(yè)1、27℃下，1升容器中，當(dāng)壓強為1Pa時，容器中有多少氣體分子？2、什么叫真空？3、影響機械泵極限真空度的因素有哪些？4、影響擴散泵極限真空度的因素有哪些？PV=nRT1mol=>6.02×102318第十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一5.3真空的測量測量真空的儀器叫真空計，也稱真空規(guī)。1、直接測量壓力的麥克勞真空計，是一種絕對真空計，工作原理是氣體方程，可用來校正其它真空計。絕對真空計測量時操作復(fù)雜，不能連續(xù)讀數(shù)，測試工作緩慢。2、利用與壓強有關(guān)的物理量的變化來間接測量真空的相對真空計，這一類真空計能連續(xù)快速測量，但準(zhǔn)確度較低。這類儀器能做到數(shù)量級準(zhǔn)確就可以了。常用的相對真空計有熱電阻真空計、熱偶真空計、熱陰極電離真空計等。19第十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一兩種測量方式的比較：

汞柱：105~102Pa液柱油柱：104~1Pa直接測量麥?zhǔn)弦?guī)：105~10-3彈性元件：105~104Pa電容：10-1~10-3熱導(dǎo)式電阻：102~10-1間接測量電偶：10-4~10-1電離式10-1~10-6其它10-6以上20第二十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一5.3.1熱電阻真空計1）構(gòu)造：如圖所示

21第二十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一2）工作原理： 當(dāng)氣體壓強較高時，氣體導(dǎo)熱系數(shù)與壓強無關(guān)，當(dāng)氣體壓強較低時，氣體導(dǎo)熱系數(shù)與壓強有關(guān)。熱電阻真空計通過測量與溫度有關(guān)的物理量(電阻)的變化來測量真空。r1:具有高的溫度系數(shù)；r2:具有低的溫度系數(shù)；r3=r4，固定電阻。隨抽真空的進行，壓強降到足夠低時，因氣體濃度降低，與熱絲碰撞的氣體分子減少，氣體分子帶走的熱量減少，但加熱電流不變，故熱絲的溫度隨真空度的上升而上升,電阻發(fā)生變化。電阻~真空度關(guān)系曲線。測量范圍：102~10-1Pa，高、低真空不能測。用補償管代替r2減少室溫的影響。22第二十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一23第二十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一5.3.2熱偶真空計熱偶真空計的原理與熱電阻真空計類似，只是熱偶真空計測量的是溫度的變化，如圖5-8。24第二十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一測量端實際上是一個熱電偶，測量熱絲溫度的變化。測量時維持熱絲加熱電流不變，當(dāng)熱絲處在真空中時，隨真空度上升，熱絲溫度上升，熱電偶的輸出電勢增大，熱電勢的大小間接的反映了真空度的高低。熱偶與熱電阻兩種真空計的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：能連續(xù)讀數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可遠(yuǎn)距離測量。系統(tǒng)突然漏氣時真空計不會損壞。

缺點：讀數(shù)與氣體種類有關(guān)，刻度曲線不能通用；有熱慣性；外界溫度對測量結(jié)果有影響；熱絲表面情況對測量也有影響。25第二十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一5.3.3熱陰極電離真空計

26第二十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一1）工作原理：電子通過稀薄氣體時可使氣體電離，在一定溫度下，氣壓低于10-1Pa時，電離產(chǎn)生的正離子電流與電子電流的比值正比于氣體壓強：P∝I+/I-I+：正離子電流，I-：電子電流如果定義壓強為102Pa，電子電流為1mA時的離子電流K為電離真空計的靈敏度，則可得：P∝I+/KI-=I+/C（I-保持恒定時）C稱為電離真空計的常數(shù)，取決于真空計的結(jié)構(gòu)、連接線路、電子電流的大小以及兩極的電位，也取決于殘余氣體的種類。27第二十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一2）電離真空計的刻度和測量范圍電離真空計的刻度也是與絕對真空計相比較而得出的，除高壓段和低壓段外，在10-1~10-6Pa之間，其刻度曲線是一條很好的直線，因而熱陰極真空計的測量范圍在10-1~10-6Pa。不同氣體的刻度曲線是不一樣的。通常，熱陰極電離真空計的刻度曲線是對空氣作出的。如圖:28第二十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一3）優(yōu)缺點優(yōu)點：可連續(xù)讀數(shù)、可遠(yuǎn)距離測量、體積小、慣性?。豢捎糜谥谱鞒哒婵沼?；缺點：易損壞、正離子吸附可影響測量、玻璃與電極間的放氣影響測量。29第二十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一復(fù)合真空計30第三十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一5.4真空系統(tǒng)5.4.1真空材料金屬管道1）結(jié)構(gòu)材料玻璃管道橡膠管道2）密封材料：真空封油、真空封蠟、真空封泥、真空漆、環(huán)氧樹脂。當(dāng)然，以上介紹的密封材料都是半永久性的。永久性：焊接靜密封：半永久性：封蠟、膠密封可拆性：法蘭、螺紋、磨口動密封：活塞、密封圈31第三十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一5.4.2常用附件真空活塞：有金屬的，也有玻璃的；連接與開關(guān)真空閥門：同活塞冷阱：可使某些氣體在冷阱中被捕捉從而進一步提高真空度或?qū)δ承怏w進行分離。5.4.3真