真空技術

1、一、真空科學發(fā)展的歷史回顧人們或許是受翻譯國外書刊的影響，通常在回顧真空科學發(fā)展史時，常常誤認為1643年托里析利的壓力實驗和1650年葛利克發(fā)明抽氣機是對真空這一現(xiàn)象的最早發(fā)現(xiàn)，其實早在公元前六世紀我國在冶鐵技術中即采用了風箱鼓風法，那時稱風箱為“鞲鞴”。戰(zhàn)國時期“老子道德經(jīng)”一書說“鞲鞴”是虜而不屈、動而愈出”，這是利用真空吸氣原理的有記載的描述。而歐州到十六世紀才發(fā)明這種設備。中國晉朝煉丹家和醫(yī)生葛洪(公元218～3l6年)在“肘

2、后備急方”中所介紹的利用氣體的熱脹冷縮、創(chuàng)造的“拔火罐”醫(yī)療法、正是真空技術在醫(yī)學上應用的具體例證。因為發(fā)生在火罐里的現(xiàn)象正是一個獲得真空和應用真空的完好過程。這種獲得真空的方法比托里析利用水銀趕走玻璃管中的大氣而獲得的真空方法還要高明。因為在罐內(nèi)燃紙加熱大氣、不但能趕走罐內(nèi)的部分大氣，而且還可以把罐中的氧氣燒掉、這至少可以使罐中產(chǎn)生五分之四個大氣壓力的真空。即相當于在罐中獲得6104Pa的低壓。至于葛利克的抽氣機與我國古代所采用的風箱

3、抽氣比較，在抽氣原理上是相同的。不過在我國“天工開物”一書中記載的利用“風箱鼓風煉鐵”要比葛利克抽出他的“金屬半球”中的氣體，在時間上至少早幾百年，因此在我們回顧真空科學發(fā)展歷程時，是不應當忘記我們的祖先、對人類在早期發(fā)展真空技術所做出的貢獻。二、真空及其應用1、真空的含義及特點在真空科學中，真空的含義是指在給定的空間內(nèi)低于一個大氣壓力的氣體狀態(tài)。人們通常把這種稀薄的氣體狀態(tài)稱為真空狀況。這種特定的真空狀態(tài)與人類賴以生存的大氣在狀態(tài)相比

4、較，主要有如下幾個基本特點：（1）真空狀態(tài)下的氣體壓力低于一個大氣壓，因此，處于地球表面上的各種真空容器中，必將受到大氣壓力的作用，其壓強差的大小由容器內(nèi)外的壓差值而定。由于作用在地球表面上的一個大氣壓約為10135Nm2，因此當容器內(nèi)壓力很小時，則容器所承受的大氣壓力可達到一個大氣壓。不同壓強下單位面積上的作用力，如表1所示。（2）真空狀態(tài)下由于氣體稀薄，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)，即氣體的分子密度小于大氣壓力的氣體分子密度。因此，分子之

5、間、分子與其他質(zhì)點（如電子、離子等）之間以及分子與各種表面（如器壁）之間相互碰撞次數(shù)相對減少，使氣體的分子自由程增大。表2給出了常溫下大氣分子平均自由程與大氣壓力的關系。表1不同壓力下單位面積上的作用力壓力(Pa)作用力(kgcm2)壓力(Pa)作用力(kgcm2)10510332851036.7975510251046.7975510111031.35951102NH3（氨）17.030610~痕跡量0~痕跡量0~痕跡量CO（一氧化碳

6、）28.010550~痕跡量0~痕跡量0~痕跡量I2（碘）253.80880~11060~91050~8106表示隨時間、地點而變化的值真空的這些特點、已被人們在豐富的生產(chǎn)與科學實驗中加以利用，這一點我們將在下節(jié)中詳述。2、不同真空狀態(tài)下的真空工藝技術隨著氣態(tài)空間中氣體分子密度的減小，氣體的物理性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化，人們就是基于氣體性質(zhì)的這一變化，在不同的真空狀態(tài)下、應用各種不同的真空工藝、達到為生產(chǎn)及科學研究服務的目的。目前，可以說，

7、從每平方厘米表面上有上百個電子元件的超大規(guī)模集成電路的制造，到幾公里長的大型加速器的運轉(zhuǎn)，從民用裝飾品的生產(chǎn)到受控核聚變、人造衛(wèi)星、航天飛機的問世，都與真空工藝技術密切相關。不同真空狀態(tài)下所引發(fā)出來的各種真空工藝技術的應用概況如表4所示。表4不同真空狀態(tài)下各種真空工藝技術的應用概況真空狀態(tài)氣體性質(zhì)應用原理應用概況粗真空105~103（Pa）760~10（Tr）氣體狀態(tài)與常壓相比較只有分子數(shù)目由多變少的變化，而無氣體分子空間特性的變化分子

8、相互間碰撞頻繁利用真空與大氣的壓力差產(chǎn)生的力及感差力均勻的原理實現(xiàn)真空的力學應用1.真空吸引和輸運固體、液體、膠體和微粒；2.真空吸盤起重、真空醫(yī)療器械；3.真空成型，復制浮雕；4.真空過濾；5.真空浸漬。低真空103~101（Pa）10~103（Tr）氣體分子間，分子與器壁間的相互碰撞不相上下，氣體分子密度較小利用氣體分子密度降低可實現(xiàn)無氧化加熱利用氣壓降低時氣體的熱傳導及對流逐漸消失的原理實現(xiàn)真空隔熱和絕緣利用壓強降低液體沸點1.黑