科普文章：《真空学》

作者：贺俊杰

在过去，真空并不是一门学科，生活中也基本不用，只是在制造灯泡、真空管等才用一下粗真空，也就是低真空。

所用设备也就是滑阀式真空泵或直联式旋片泵，简单的抽到5×10的零次方了不起了。

随着科学技术的发展，真空也派上了用场，成为了一门学科。

特别是太空宇航技术的发展，离不开真空技术的发展。

像宇航员要在真空中训练、航天器的真空测试、宇航员装备的真空测试等等，都离不开真空的条件。试想，如果载人航天器和宇航服有针尖千万分之零点一的微漏，对宇航员都是致命的。

还要新材料的发展，离不开真空。有好多化学元素和合金材料，在热加工热熔炼过程中是不能和空气接触的，否则就会氧化变质。

比如纳米晶永磁材料、磁流体流变材料、微波磁材、磁光材料、阻抗材料、记忆合金、磁致伸缩材料、磁记录材料等等，都要使用真空技术。

近年来，不少学校开设了有关真空的课程。本人把自己所学的真空方面的知识，作为科普形式发给大家，供大家学习之用，作个参考。

一，真空的定义

利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被容器进行抽气而获得一定的真空度的整个过程，以及器件与设备。

二，怎样获得真空？

首先对真空的认定分为两个方面：1，是粗真空，也就是咱们平时说的低真空；2，是高真空，也叫纯真空。

这一课先讲一下低真空。

(一)抽真空所用设备：

常用设备的型号与名称

W 往复式泵

WY 移动阀式泵

SZZ 直联水环泵

SZB 悬臂水环泵

X 旋片式泵

H 滑阀式泵

D 定片式泵

XZ 直联式旋片泵

ZT 罗茨泵

F 分子泵

(二)性能和数据参量

1，极限压力(极限真空)

(单位：Pa)

按规定条件，在不引入气体正常工作的情况下，趋向稳定的最低压力。

即真空泵的入口端经过充分抽气后，所能达到的最低稳定压力。

2，启动压力

设备无损坏起动并有抽气作用的压力。

3，前级压力

排气压力低于一个大气压的设备出口压力。

4，最大前级压力

超过了使设备损坏的前级压力。

5，最大工作压力

对应最大抽气量的入口压力，在此压力下，设备能连续工作而不恶化或损坏。

6，排气量

(Q单位：Pa . m . S_1；pa. L.S_1) 流经设备入口的气体流量。

7，压缩比

设备对给定气体的出口压力于入口压力之比。

其中设备的抽气速率和极限压力两个参量是在实际应用中选配真空设备的重要参量。

(三)机械真空泵

机械真空泵是我们获得真空的首要设备，它有抽气速率快，容易保养维护，简单易操作等特点。是真空领域首选的抽真空设备。

一般做为前级泵，和罗茨泵配套使用。

1，容积(变容)机械真空泵的抽气速率分挡：

(抽气速率的单位是L=S-)

目前分为(常用)0.5、2、4、8、15、30、70、150、300、600、1200、2500、5000、10000等

ZX–300 Z－表示双级

X－表示旋片式

300－表示抽气速率(300L/S)

2，油封式机械真空泵

当前我国大量使用的油封式真空机械泵，即使设计的在好，相向运动的零件间配合精度很高，在泵达到极限真空时，也难以阻止气体“突破”返流。

另外，由于真空泵的设计制造及装配中不可避免的存在有害空间，这也降低了真空的极限真空度。

油封就是用真空油将相向运动的零部件和排气阀零件间密封起来，将有害空间充填，使得高压气体反“突破”的机会减少，从而使真空泵能达到一个较高的真空度。

3，双室压缩原理

为了提高极限真空度，机械真空泵设计了两个工作室，分为前后串联，同向等速旋转。

A是B室的前级，A是低真空级，B是高真空级。被抽气体经高真空级进入前级，由排气阀排出。

当真空泵开始工作时，且吸入气体的压力较高时，气体经B室压缩，压力急增，一部分被排出，另一部分则经由前级在由排气阀排出。

4，气镇原理

为了从真空系统或真空容器中抽除可凝性气体，真空泵设计了气镇阀。

由于大气中都含有一定量的水蒸汽，真空泵工作时排出的气体中的水分子，就会和密封真空油混合，成为一种永久性的乳白色的油水混合物，在真空泵中不能起到密封作用。

所以，在真空泵设计时，在密封油底壳安装了一个镇气阀，在遇到潮湿的空气时，应该打开镇气阀，把潮湿的空气排出，防止空气中的水分子混入密封油中。

当然，一般真空泵的镇气阀所起的作用不大，泵用的时间长了，就必须换密封油，并清洗泵腔。

(四)低真空达到的真空度

一般的配置，根据容量大小，真空机械泵作为前级泵，中间加一套罗茨泵，也有加两套罗茨泵的配置。

如果需要高真空，在加上金属油扩散泵。

低真空的要求是从零次方开始，达到2×10-Pa就可以算是达到标准了。

今天就先讲这些低真空的制备，下一课讲一下高真空。对于不正确的地方，希望大家给予批评指导。