镀膜技术与真空技术学习

### 镀膜技术与真空技术学习 #### 真空技术基础 在现代工业生产和科学研究领域中，真空技术的应用非常广泛，特别是在镀膜技术中更是不可或缺的一部分。本篇文章将从真空技术的基础出发，深入探讨真空的基本概念、真空系统的构成及其工作原理，并介绍几种常用的真空泵类型。 #### 真空的基本概念 **真空的单位** - **大气压(atm)**：标准大气压力定义为1atm。 - **帕(Pa)**：1帕等于1牛顿每平方米（N/m²）。 - **巴(Bar)**：1巴等于1达因每平方厘米（Dy/cm²），常用单位为毫巴（mBar）。 - **乇(Torr)**：1乇等于1/760大气压，是真空技术中常用的单位之一。 **真空的划分** 根据不同的压力范围，真空可以分为： - **大气**：约等于760乇或1×10⁵Pa。 - **低真空**：1至1×10⁻³乇（约100至0.1Pa）。 - **中真空**：1×10⁻³至1×10⁻⁶乇（约0.1至10⁻⁴Pa）。 - **高真空**：1×10⁻⁶至1×10⁻⁹乇（约10⁻⁵至10⁻⁷Pa）。 - **超高真空**：<1×10⁻⁹乇（<10⁻⁷Pa）。 **真空与分子运动** 在不同的真空状态下，气体分子的行为会发生显著变化。 - **气体的密度**：根据理想气体状态方程pv=nRT可知，气体分子的密度与压力成正比，与温度成反比。 - **气体分子的平均自由程**：在不同的真空水平下，气体分子的平均自由程也会不同。例如，在大气压下，平均自由程很短，而在超高真空中则会非常长。 #### 真空系统、抽速和漏率 **真空系统**通常由以下几部分组成： - **真空室**：包括法兰、阀门、观察窗等。 - **抽气系统**：主要由泵、管道和阀门构成。 - **测量系统**：用于检测真空度的真空规和真空计。 **抽速(S)**表示泵能够抽取的气体量，单位为升每秒（l/s）。**漏率(Q)**是指在特定条件下泄漏到真空系统中的气体量，单位为升·帕每秒（l·Pa/s）。 **抽气方程**可以用来计算真空室内气体压力随时间的变化情况：\[ pS = -V\frac{dp}{dt} + Q \] 其中，\( p \) 是压力，\( S \) 是抽速，\( V \) 是真空室的体积，\( t \) 是时间，\( Q \) 是漏率。 **气压随时间的变化**（假设没有漏气）：\[ p = p_0 \exp(-t/\tau) \] 其中，\( p_0 \) 是初始压力，\( \tau = V/S \) 是达到极限压力的时间常数。 **极限压力(pu)**是指当系统达到稳定状态时的压力：\[ pu = \frac{Q}{S} \] #### 气路与气导 **气导(C)**定义为通过气路的流速与气路两端的压力差之比：\[ C \propto \frac{D}{l} \times \Delta p \] 其中，\( D \) 是气路直径，\( l \) 是气路长度，\( \Delta p \) 是压力差。 对于**串联气路**，实际抽速可以通过下面的公式计算：\[ S^{-1} = \sum C_i^{-1} + S_0^{-1} \] 对于**并联气路**，实际抽速则是各分支抽速之和：\[ S = \sum S_i \quad C = \sum C_i \] #### 真空的获得 **真空泵**是获取真空的主要设备，不同类型的真空泵适用于不同的真空级别。 - **低真空泵**： - **旋片式机械泵**：适用于低真空环境，结构简单，价格低廉。 - **低温吸附泵**：利用低温表面吸附气体分子，适用于某些特定应用。 - **高真空泵**： - **扩散泵**：依靠高速喷射液体来产生真空，适用于高真空环境。 - **涡轮分子泵**：利用旋转叶片与气体分子的碰撞来实现真空，效率高，适合于高真空环境。 - **超高真空泵**： - **涡轮分子泵**：同样适用于超高真空环境。 - **离子泵**：利用电场捕获气体分子，适用于超高真空环境。 - **Ti升华泵**：通过加热钛材料使其释放出活性高的钛蒸汽来吸附气体分子，适用于极高真空环境。 以上内容仅为真空技术基础的一部分，实际应用中还需要考虑更多细节和技术问题。随着科学技术的进步，真空技术将会在更多领域发挥重要作用。