培训系列之4(岳向吉)真空系统组成与设计基础

经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。东北大学第九期《真空技术》培训班真空系统组成与设计基础主讲人：岳向吉VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China《真空技术》一.真空技术概况（巴德纯）二.真空工程理论基础（孙丽娜）三.干式真空泵原理与技术基础（巴德纯）四.真空系统组成与设计基础（岳向吉）五.真空获得设备原理与技术基础（张以忱）六.真空测量技术基础（刘玉岱）七.真空镀膜技术基础（张以忱）八.质谱原理与真空检漏（刘玉岱）九.真空冶金技术基础（王晓冬）十.真空与低温技术及设备（徐成海）东北大学第九期培训系列之VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.真空系统的组成2.真空系统组成元件3.真空系统的设计计算课程内容VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.真空系统的组成1.1真空系统的概念1.2真空系统的组成元件1.3真空系统的分类1.4真空系统设计的基本内容VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.1真空系统的概念什么是真空系统？用一句话来概括，真空系统就是用来获得有特定要求的真空度的抽气系统。例如：镀膜设备真空系统；真空热处理炉真空系统；航空模拟器真空系统；真空冶炼炉真空系统；真空压力浸漆真空系统等等。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China马德堡半球实验Magdeburg-spheresExperiment用两个直径119厘米的半球合起来，用水银真空泵将球内空气抽至粗真空，每个半球用8匹马才能向相反方向拉开。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China真空电炉：真空电炉是在最近几十年发展起来的，在真空条件（稀薄气体中）工作的。根据加热热源不同，真空电炉可分为：电阻加热炉感应加热炉电弧加热炉电子束加热炉VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China真空电子束焊接：定向高速运动的电子束流撞击工件使动能转化为热能而使工件熔化，形成焊缝VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China多功能离子注入设备VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China金属蒸汽真空弧源注入机VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China真空吹氧脱碳炉VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China非自耗电弧炉VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China离子注入：真空中一束离子束射向固体材料，把固体材料原子或分子撞出材料表面，叫做溅射；离子束从固体材料表面弹回来，或穿出固体材料而去，叫做散射；而当离子束射到固体材料后，受固体材料抵抗速度慢慢减低，并最终停留在固体材料中，叫做离子注入。离子注入引起材料表面成分、结构和性能变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能特点：无公害、不改变尺寸和表面光洁度、无剥落、不需再加工和热处理。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China真空热处理：真空热处理是真空技术与热处理技术相结合的新型热处理技术，即在低于一个大气压的气氛环境中进行热处理，真空热处理实际也属于气氛控制热处理。真空热处理可以实现几乎所有的常规热处理所能涉及的热处理工艺，但热处理质量大大提高。无氧化、无脱碳、无毒害物质产生；变形小、硬度均匀；脱脂除气，可获得洁净表面。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China光学镀膜机VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China幕墙玻璃相机镜头哈勃太空望远镜VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China磁控溅射与离子束联合镀膜机VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China用于对样品表面或断口形貌进行观察和分析扫描电子显微镜：用细聚焦电子束轰击样品表面，电子与样品相互作用产生二次电子、背散射电子等。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China扫描电子显微镜近场光学显微镜X射线光电子能谱仪VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China扫描近场光学显微镜多模式扫描探针显微镜VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China气动真空输运设备带式真空压榨过滤机VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China差压型真空注型机真空压力浸渍设备VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China模拟舱中的神州飞船VacuumEnvironmentSimulation真空度的提高（极高真空10-12Pa）和真空容器大型化（例如宇航的微重力试验的真空系统真空室1700m3），今后新的尖端科学技术的发展对此要有所考虑。小型空间环境模拟室VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China核聚变-托克马克装置VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China大半导体工业的真空装备IC（集成电路）装备产业平板显示与液晶行业冷光二极管与半导体照明产业太阳能电池与光伏产业传统行业及其他新兴行业VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China典型高真空系统前级泵主泵高真空管路主阀预真空抽气泵预真空管路预真空管道阀前级管路前级管道阀软连接管道VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.2真空系统的组成元件一个较完善的真空系统由下列元件组成：1．真空获得设备：各种真空泵；2．真空阀门；3．连接管道；4．真空测量装置：例如真空压力表、各种规管；5．其它元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐等。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China图典型真空系统原理图1真空室充气阀；2真空测量规管；3流量调节阀；4高真空阀；5冷阱；6油扩散泵；7储气罐；8热偶计规管（测扩散泵前级压力）9前级阀；10真空膜盒继电器；11预抽阀；12罗茨泵；13、14机械泵（其中一台可兼维持泵）；15旁通阀；VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.3真空系统的分类1.3.1粗低真空系统1.3.2中真空系统1.3.3高真空系统1.3.4超高真空系统VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.3.1粗低真空系统用粗真空泵（如水蒸汽喷射泵或水环泵）直接从大气压下为真空室排气，组成的真空系统即为粗真空系统。该系统是最简单的真空系统。用低真空泵（如油封式机械泵）给真空室排气，即可组成低真空系统。应用领域很多：真空传输：煤矿抽瓦斯、化工、制药、医学、畜牧业等真空造型真空吸盘真空包装VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China真空系统示意图一个要进行真空处理的容器,用管道和阀门将它与真空泵连接起来,同时在容器上设置真空测量装置,这就构成了一个最简单的真空抽气系统。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China真空集便器与真空除污机VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.3.2中真空系统这种系统应用比较普遍，许多应用设备都采用该种系统。如自耗炉真空系统，感应炉真空系统和一些热处理炉的真空系统等。中真空系统一般是由两个以上的泵串联组成的。VacuumandFluidEngineeri