真空教育资料1.

上海中航光电子有限公司真空教育资料2013.8SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.１．真空基础１－１何谓真空１－２单位２．真空用语２－１共通用語２－２泵相关用语２－３真空計相关用语２－４部品相关用语２－５技术相关用语３．真空泵３－１泵的体系３－２干泵３－３机械升压泵３－４涡轮分子泵３－５冷泵４．真空計４－１真空計的种类４－２热电偶气压计４－３热压力计（皮拉尼压力计）４－４隔膜真空計４－５电离真空計４－６真空計的用途分类５．传导性与排气时间５－１传导性５－２传导性的合成５－３排气时间的计算５－４真空容器的平衡圧力６．泄露与气体释出６－１泄露６－２气体释出６－３排气曲线７．真空的判断７－１泄露试验７－２氦气检漏仪７－３四重极质量分析计７－４加高法SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.１．真空基础１－１．何谓真空真空是指低于外界压力的容器内的压力状态。（低于1大气压的压力状态）大気圧～１０－３Ｔｏｒｒ（１．３×１０－１Ｐａ）→粘性流＜１０－３Ｔｏｒｒ（１．３×１０－１Ｐａ）→分子流以下是真空利用范围及使用实例。真空度目的ＰａＴｏｒｒ使用事例压力差１０５～１０３７６０～１０真空叉、除尘机去除有害成分１０３～１０－３１０～１０－５真空干燥避免冲突１～１０－５１０－２～１０－７电子显微镜、真空蒸发持续放电１０２～１０－３１～１０－５溅射、等离子刻蚀真空使用事例SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.压力受分子の密度、促使分子移动的能量（热能）影响。圧力＝分子密度（数）ｘ分子移動能量(熱)由此可见，制造真空有两种方法・减少分子数的方法・去除分子移動能量的方法真空创造方法SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.PaTorr(mmHg)barkg/cm2psiatmmmH2O1７．５０×１０-3１０-5１．０２×１０-5１．４５×１０-4９．８７×１０-6１．０２×１０-1１３３．３２1１．３３×１０-3１．３６×１０-3１．９３×１０-2１．３２×１０-3１．３６×１０110７５０．０６1１．０２１４．５００．９９１０．２１×１０3９．８１×１０4７３５．５６０．９８1１４．２２０．９７１０．００×１０3６．８９×１０3５１．７１６．８９×１０-2７．０３×１０-21６．８０×１０-2０．７０×１０3１．０１×１０5７６０１．０１１．０３１４．７０1１０．３４×１０3９．８０×１０3７３．５０９．８０×１０-2９．９９×１０-2１．４２９．６７×１０-210001-2.单位压力的单位换算常用单位1Torr=133.3Pa1Pa=7.50×10-3TorrSHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.２．真空用語２－１．共通用語１）低真空：１０２Ｐａ以上的真空２）中真空：１０２～１０－１Ｐａ的真空３）高真空：１０－１～１０－５Ｐａ的真空４）超高真空：１０－５Ｐａ以下的真空２－２．泵相关用语１）主泵：用于真空系排气、保持压力的真空泵。２）辅助泵：用于维持其他泵背压的真空泵３）排気量：通过泵吸气口的气体流量（Ｐａｍ３／ｓｅｃ）４）排気速度：通过泵吸气口的气体的体积流量（ｍ３／ｓｅｃ）５）吹扫氮气：为防止内部腐蚀、生成物的生成而通入泵内的氮气。２－３．真空计相关用语１）測定子：装在真空室内的真空计构成部分。（真空表）２）真空表口：将測定子装在真空容器上的安装口。SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.２－４．相关部品１）Ｏ型圈（垫片）：断面为圆形、整体亦为圆形的垫片、一般材料为氟化橡胶、氯丁橡胶，使用环境（温度、气体条件等）所用材质也不同，使用时应加以注意２）金属垫片：高温、超高真空容器用垫片。。主要材质多为铜（Ｃｕ）。垫片一经使用即有伤痕，不得再用。３）真空润滑油：蒸汽压低的润滑油。需注意因使用环境不同材质也有所区别多为硅、氟化系。４）波纹管：薄壁金属管，用在将外部的伸缩动作传导到真空容器内的地方，抗撞击性弱，使用时应小心。用成形、焊接等方法制造。５）法兰：:刀刃的前端与金属垫片咬合，起真空密封作用的法兰。６）快速耦合接头：易于拆卸的弓型接头。（ＮＷ２５、４０等）注意不要因螺丝旋得过紧引起破损。SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.２－５．与技术相关用语１）到达压力：真空装置、泵经过足够长时间的排气，在基本可以忽略压力减少时的压力２）背压：将气体排到低于大气压的空间内时真空泵排气口处的压力３）饱和蒸汽压：在某一温度下达到凝缩及热力学平衡的蒸汽所显示出的压力。４）平均自由工程：在气体中自由运动的粒子（分子、原子、电子等）在相互碰撞过程中飞行的平均距离。５）粘性流：气体分子的平均自由工程相对于配管断面的最大尺寸而言足够小时，配管内的气体流。６）分子流：气体分子的平均自由工程相对于配管断面的最大尺寸而言足够大时，配管内的气体流。７）传导性：气体在管或出口处流动时，表示气体流通难易程度的数值。（ｍ３／ｓｅｃ）SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.泵的作用就是减少分子数、消除分子的移动能量。３．真空泵减少分子数Ｐ泵促使分子排出消除分子移动能量ＰＰＰ消除分子能量将其积存在泵中SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.１）泵按照真空方式的分类３－１．泵的体系减少分子数（移送式泵）消除分子移动能量（积存式泵）干泵（ＤＲＰ）旋转泵（ＲＰ）机械升压泵（ＭＢＰ）（螺旋泵）涡轮分子泵（ＴＭＰ）冷泵（ＣＰ）※一般所谓真空泵，除上述之外种类仍不胜枚举，本资料仅就通常使用的泵进行说明。SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.２）真空泵的种类ドライ回転ポンプSHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.泵机种１０－９１０－８１０－７１０－６１０－５１０－４１０－３１０－２１０－１110760油回转泵干泵机械升压泵油扩散泵涡轮分子泵吸附泵冷泵１０－７１０－６１０－５１０－４１０－３１０－２１０－１１１０100100010000圧力（Ｔｏｒｒ）圧力（Ｐａ）真空泵的动作范围SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.３－２．干泵１）干泵排气原理泵的内部构造如右图所示，通过转子的旋转，使得吸气侧的气体向排气侧移动。另外，因箱盒与转子间的空隙非常小，不会产生逆流。苜蓿叶型－特征－・排气能力可从大気圧到１０－１Ｐａ。・真空部内不需要润滑油,可以制造洁净的真空。・泵价格非常昂贵。※驱动齿轮部需要润滑油（主要厂家：荏原製作所、ＢＯＣＥｄｗａｒｄｓ）SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.２）干泵的种类干泵的转子形状视厂家不同而各有差异。右图是常见的干泵型号，包括苜蓿叶式在内共5种。SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.在单纯用干泵排气能力不够时用作升压泵。（单体无法使用。）与干泵组合在一起、排气能力可达大気圧～１０－３Ｐａ左右。（主要厂家；荏原製作所、ＢＯＣＥｄｗａｒｄｓ）３－３．机械・升压泵（ＭＢＰ）吸气排气干泵SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.ＴＭＰは、由高速旋转的转叶与定子叶片组成。通过转叶的高速旋转（数万ｒｐｍ），将飞过来的分子送入排气侧。它不能在大气压状态下使用，与干泵搭配，排气能力为１０Ｐａ～１０－７Ｐａ。３－４．涡轮分子泵（ＴＭＰ）ＴＭＰ转片ＴＭＰ外观SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.１）涡轮分子泵的排气原理转片转片定片定片吸气排气ＴＭＰ由高速旋转（数万ｒｐｍ）的转片与停止的定片组成，各叶片的角度是按照将进来的分子引至排气侧，并且不会产生逆流的要求而设计的。转片只能在空气阻力较小的真空中旋转、所以旋转时有空气进入或从外部混入异物，都会造成泵的损坏或寿命缩短。SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.如分子与冷却至极低温度的平面（冷却板）相撞击，其运动能量将被消除并吸着在平面上（凝缩）。冷泵就是利用此原理设计而成的积存式泵。３－５．冷泵（ＣＰ）１ＳＴ台：８０Ｋ（－１９３℃）主要吸附水分２ＳＴ台①：１５Ｋ（－２５８℃）吸附Ａｒ，Ｎ２，Ｏ２。２ＳＴ台②：１５Ｋ（－２５８℃）对Ｈ２，Ｈｅ，Ｎｅ等在１５Ｋ温度下也无法吸附的分子用活性炭吸着。SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.１）冷泵的构造SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.压缩机存储器油脂分离器吸附热交换器冷冻机(冷却头）压缩机1）压缩机的构造与作用消除从冷冻机处返回的氦气的振动对氦气加压。此时为了有效地去除因加压产生的热，掺加了油。用水冷或气冷式热交换器冷却氦气用压缩机除去掺加进的油。用活性炭祛除油脂分离器无法完全除去的油、不纯物。SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.被压缩的高压气体的容积一旦膨胀，温度会降低。冷泵利用了这一（断热膨胀）现象。冷泵使用的是凝固点低又安全的氦气。氦气中一旦混入不纯物就会冻结，所以需要高纯度的氦气。2）冷泵的冷冻原理压缩氦气断热膨胀排出祛除热量的氦气导入高压氦气汽缸制动棒架（马达驱动）SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.４．真空计测量低于气体、蒸汽大气压的压力的仪器。由测定子和控制计测部构成。４－１真空计的种类・测量气体分子的热传导能力热真空计熱电偶真空计（ＴＣ真空计）・测定气体分子对壁的压力液柱差压真空计（Ｕ字管流体压力计、卖克劳德真空计）隔膜真空計・利用真空中运动的物体所承受的来自气体分子的力。旋转浮子流速计水晶式真空計・计测气体分子数。电离真空计（离子真空计）冷阴极电离真空计（彭宁真空计、磁控管真空计）SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.４－２．热电偶真空计（ＴＣ）利用热电偶测量真空内加热器热损失的真空计。因构造简单价廉，被广泛应用。测定范围１０２Ｐａ～１０－１Ｐａ热电偶加热器－构造图－ＡＮＥＬＶＡ製（ＴＧ－５５０Ｂ）加热器通电后会发热。压力越高，争夺热量的气体分子越多，传至热电偶的热量就越少。而压力降低后，争夺热量的气体分子少了，就有更多的热量传至热电偶。因此可以根据传导至热电偶的热量来测量真空度，、SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.４－３．热真空计利用具有电阻值随放热量而变化这一特点的特殊加热器，组成惠斯登电桥回路，通过电阻的变化来读取真空值。构造简单，价格低廉，用途广泛。测定范围１０２Ｐａ～１０－１ＰａＭ惠斯登回路与热真空计的关系热真空计ＵＬＶＡＣ製（ＷＰ系列）SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.４－４．隔膜真空計也叫做薄膜真空计（ＤＧ）、电容真空计（ＣＭ）。不受测定气体种类的影响，在任何真空状态下都能显示出稳定的真空值，主要用于工艺部的真空测定。測定范围大気圧～１０－２ＰａSHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.２）隔膜真空计的测定原理将真空部与达到一定基准压力的空间用薄膜隔离，真空部的压力变化会引起薄膜的移位，将其移位量换算成真空值显示出来。。测定室测定接续口基准室１）隔膜真空计的内部构造图SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.３）隔膜真空计内部构造GEMERAL・VACCUM制（断面模型）ＭＫＳ制SHANGHAIAVICOPTOELECTRONICSCO.,LTD.４－５．电离真空计亦称离子真空计、Ｂ－Ａ真空计，顾名思义，此类真空计是先引起放电，利用真空内流过的电流计测分子数。可以非常精确地测定高真空，但在低真空条件下不能测定，存在受测定环境影响劣化等问题。測定范围１０－１Ｐ