(一) 真空簡介
一個標準大氣壓為1.0133×105帕。“真空”是指氣壓低于一個大氣壓的氣體狀態。在真空狀態下，單位體積中的氣體分子數大大減少，分子平均自由程增大，氣體分子之間、氣體分子與其它粒子之間的相互碰撞也隨之減少。這些特點被應用于科研、生產的許多部門中。例如：加速器，電子器件，大規模集成電路，熱核反應，空間環境模擬，真空冶煉等。在高真空中，由于材料中易揮發物的損失，表面吸附層的變化，物體表面特性也隨之改變。七十年代以來，表面科學的研究一直十分活躍，它不僅有很強的理論性，還有重大的應用價值。隨著科研、生產的發展，獲得并保持真空已形成一門相應的技術??真空技術。它包括：真空的獲得、真空測量、檢漏、真空系統的設計等
依據真空概念，低于一個大氣壓的氣體狀態稱為真空。真空度愈高，壓強愈低，故用氣體壓強表示真空度。我國采用國際單位帕(Pascal)，以前曾長期使用另一真空度單位托。壓強換算關系見表1-1。
表1-1壓強單位換算表
目前真空度可達10^12帕，從一個標準大氣壓到10-12帕，幾乎有10^17數量級這樣寬的壓強范圍。因此通常將真空范圍劃分為幾個區域，不同的真空區域必須用不同的抽氣設備和測量儀器，見表1-2。
表1-2真空區域劃分及其特點和應用
真空是指在給定的空間內低于一個大氣壓力的氣體狀態，是一種物理現象，在真空技術里，真空系針對大氣而言，一特定空間內部之部份物質被排出，使其壓力小于一個標準大氣壓，我們通稱此空間為真空或真空狀態；
3.1機械泵
機械泵是利用機械方法使工作室的容積,周期性地擴大和壓縮來實現抽氣的。屬于這一類型的有活塞抽氣機和旋轉抽氣機。這是一種低真空泵，單獨使用時可獲得低真空，在真空機組中用作前級泵。
旋片式真空泵結構如圖3-1所示。主要部件為圓筒形定子、偏心轉子和旋片。工作原理如圖3-1所示。偏心轉子繞自己中心O軸按箭頭所示方向轉動，轉動中定子、轉子在B處保持接觸、旋片靠彈簧作用始終與定子接觸。兩旋片將轉子與定子間的空間分隔成兩部分。進氣口C與被抽容器相連通。出氣口裝有單向閥。當轉子由(a)轉向(b)時，空間A不斷擴大，氣體通過進氣口被吸入；轉子轉到(C)位置，空間A和進氣口隔開，轉到(d)位置以后，氣體受到壓縮，壓強升高，直到沖開出氣口的單向閥，把氣體排出泵外。轉子連續轉動，這些過程就不斷重復，從而把與進氣口相連通的容器內氣體不斷抽出，達到真空狀態。
機械泵在工作過程中，轉子在快速運動，兩片旋片在不斷伸縮，在定子與轉子、旋片與定子、旋片與轉子各自的接觸處都存在磨擦，同時為了實現相對運動，活動零件相互間留有一定的公差，即存在著微小間隙。因此整個泵體必須浸沒在機械泵油中，才能工作。泵油起著密封潤滑和冷卻的作用。
旋片真空泵是獲得低、中真空泵的主要泵種之一，它可分為油封泵和干式泵，根據所要求的真空度（人們把真空度劃分為低真空10^5~10^2pa，中真空10^2~10^-1pa，高真空10^-1~10-5pa，超高真空<10^-5pa），可采用單級泵和雙級泵，其中以雙級泵應用更為普遍；我們使用的旋片式真空泵(簡稱旋片泵)是一種油封式機械真空泵，其工作壓強范圍為101325-133X10-2(Pa)，屬于低真空泵，它可以單獨使用，也可以作為其它高真空泵或超高真空泵的前級泵，廣泛地應用于冶金、機械、軍工、電子、化工、輕工、石油及醫藥等生產和科研部門。
旋片泵具有抽速快，體積小，重量輕，噪聲低，維修方便，極限真空度高等優點，可以抽除密封容器中的干燥氣體，若附有氣鎮裝置，還可以抽除一定量的可凝性氣體，但它不適于抽除含氧過高的，對金屬有腐蝕性的、對泵油會起化學反應以及含有顆粒塵埃的氣體。
旋片泵是真空技術中最基本的真空獲得設備之一，旋片泵多為中小型泵，旋片泵有單級和雙級兩種，所謂雙級，就是在結構上將兩個單級泵串聯起來，一般多做成雙級的，是由高壓級與低壓級二部分組成，它的吸入口與真空容器或真空設備連接，在運轉時容器內的氣體將大量吸入與排出。當設備獲得真空時，高壓級排氣閥片將封閉，高壓級吸入的氣體將轉送到第二級，并經第二級吸入與排出，這樣真空設備可獲得一定的真空，根據用戶使用情況，可配備真空增壓泵，將該泵做為前級泵，由于增壓泵的抽氣力加強，前級泵連續抽除，能使設備獲得更高的真空；旋片泵的抽速與入口壓強的關系規定如下：在入口壓強為1333Pa133Pa和1.33X10 ^1(Pa)下，其抽速值分別不得低于泵的名義抽速的95%、50%和20%。
根據旋片式真空泵的結構，它的抽速可以用兩旋片轉動一周所掃過的體積DV以及轉子的轉速n來求出。即：
這一抽速是當進氣口處于大氣壓強時的抽速。是抽氣機的最大抽速。抽氣機銘牌上給出的抽速一般指的是最大抽速。
3.2分子泵
分子泵是利用高速旋轉的轉子把動量傳輸給氣體分子，使之獲得定向速度，從而被壓縮、被驅向排氣口后為前級抽走的一種真空泵，它廣泛的應用于表面分析、加速器技術、等離子技術電真空器件的制造以及真空技術的各個領域。
3.3吸附泵
許多化學性活潑的金屬元素，如鈦、鎢、鉬、鋯、鋇等都具有很強的吸氣能力。其中鈦有強烈的吸氣能力，在室溫下性質穩定，易于加工，所以廣泛用于真空技術，發展成為一種超高真空泵鈦泵。
鈦泵的抽氣機理是氣體分子碰撞在新鮮的鈦膜上，形成穩定的化合物，隨后又被不斷蒸發而形成的新鈦膜所復蓋。新鈦膜又繼續吸附氣體分子，如此形成穩定的抽氣。鈦泵對被抽氣體有明顯的選擇性，對活性氣體抽速很大，對惰性氣體抽速很小。因而往往需要擴散泵等作為輔助泵。鈦泵的極限真空度為10 ^-6--10 ^-10Pa。
鈦泵可應用于熱核反應裝置，加速器，空間模擬，半導體元件的鍍膜技術和要求無油污染的真空設備。
3.4低溫吸附泵
用低溫介質將抽氣面冷卻到20K以下，抽氣面就能大量冷凝沸點溫度比該抽氣面溫度高的氣體，產生很大的抽氣作用。這種用低溫表面將氣體冷凝而達到抽氣目的的泵叫做低溫泵，或稱冷凝泵。
低溫介質常采用比表面積大的分子篩、活性炭等，實驗證明，分子篩在10^5~10^-9帕壓強范圍內，都有顯著的抽氣作用。
(1)起始工作壓強是指真空泵開始工作時，被抽容器或泵入口處應達到的壓強值。如果超過該壓強值，真空泵將無法工作。一般擴散泵起始壓強為10^-1帕，而機械泵為一大氣壓。
(2)最大反壓強是指維持真空泵正常工作狀態，泵的出口處所能承受的最大壓強，又稱臨界反壓強。真空泵出口處壓強超過最大反壓強，將不能工作。油擴散泵的最大反壓強約為30帕左右。
(3)極限壓強是指真空泵入口端經過充分抽氣后所能達到的最低壓強，亦稱極限真空。
(4)抽氣速率是指在一定壓強、溫度下，泵在單位時間內從被抽容器中抽出的氣體體積。
(5)真空產生率是指在某壓強下，單位時間內泵所抽出的氣體量。
上述參量，對不同真空泵而言，常用其中幾個主要參量來說明，尤其是抽氣速率與極限真空最為重要。
1.靜態變形真空計
截面為橢圓形的薄壁金屬彎管，一端封閉，另一端與真空室相通，當管內壓強變化時，該彎管在內外壓強差作用下發生彈性變形，這一變形傳送給指示器，由刻度讀出。如指針式壓力真空表，這一類真空計適用于測量粗真空。
2.靜態液體真空計
也稱“U”形管壓差計，它一端通大氣，一端通真空系統，利用兩管液面（如擴散泵油等）高度差表示系統的壓強。
3.壓縮式真空計—麥克勞壓強計
結構如圖所示，A、B兩部分在N處連通，當水銀杯R升高，水銀上升越過刻線N后，原B、C中的氣體全被壓入測量毛細管C中。在壓縮過程中氣體溫度可視為不變；又A、D部分和真空系統連通，系統容積遠大于A、D部分，故壓縮時可認為系統內壓強不變。A、D；B、C兩部分氣體的壓強差可由毛細管C、D水銀柱的高度差h表示。以V表示N以上BC的總體積，VC為C管中壓縮后氣體的體積，根據玻義耳定律。
這樣就把壓強轉化為毛細管水銀柱高度差，由于待測壓強只和儀器的體積和壓縮后水銀柱 高度差有關，故這種真空計是一種絕對真空計，可用它來校準其它真空計。它的缺點是不能連續測量，使用水銀也帶來諸多不便。
2022.03.03
2021.12.08
