《真空技術(shù)基礎(chǔ)》課件

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1、第二章真空技術(shù)基礎(chǔ)真空與薄膜材料與技術(shù)有何關(guān)系？??幾乎所有的現(xiàn)代薄膜材料制備都需要在真空或較低的氣壓條件下進(jìn)行??都涉及真空下氣相的產(chǎn)生、輸運(yùn)和反應(yīng)過(guò)程??了解真空的基本概念和知識(shí)，掌握真空的獲得和測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)??是了解薄膜材料制備技術(shù)的基礎(chǔ)！真空蒸發(fā)、濺射鍍膜和離子鍍等常稱(chēng)為物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition,PVD)基本的薄膜制備技術(shù)。它們均要求沉積薄膜的空間要有一定的真空度。因此真空技術(shù)是薄膜制備技術(shù)的基礎(chǔ)，獲得并保持所需的真空環(huán)境，是鍍膜的必要條件。所以，掌握真空的基本知識(shí)是

2、必要的。2.1真空基本知識(shí)2.1.1真空的基本概念及特點(diǎn)真空（Vacuum）的概念：利用外力將一定密閉空間內(nèi)的氣體分子移走，使該空間內(nèi)的氣壓小于1個(gè)大氣壓，則該空間內(nèi)的氣體的物理狀態(tài)就被稱(chēng)為真空。在真空科學(xué)里所定義的真空是壓強(qiáng)“低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kPa）的氣體狀態(tài)”。注意：真空，實(shí)際上指的是?一種低壓的、稀薄的氣體狀態(tài)，??而不是指“沒(méi)有任何物質(zhì)存在”！真空是一種氣體狀態(tài)（并非一無(wú)所有）。所以有人把真空認(rèn)為是什么物質(zhì)也不存在的，即所謂的“絕對(duì)真空”那是錯(cuò)誤的?，F(xiàn)代真空技術(shù)的極限：在超高真空極限10-

3、11～10-12Pa壓強(qiáng)下，每立方厘米中仍有33～330個(gè)氣體分子。思考題：常溫常壓下，每cm3空間內(nèi)有多少個(gè)氣體分子？在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即0℃，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下每立方厘米有2.687×1019個(gè)氣體分子，可由Avogadro常數(shù)進(jìn)行推算(6.02×1023個(gè)/22.4×103cm3≈2.7×1019個(gè)/cm3)在真空技術(shù)中，常用“真空度”這個(gè)習(xí)慣用語(yǔ)和“壓強(qiáng)”這一物理量表示某一空間的真空程度。所謂真空度，就是指低壓空間中氣態(tài)物質(zhì)的稀薄程度。氣體的壓力越低，其稀薄程度越大，也就是真空度越高。因此，低壓力與高真空或高壓力與低

4、真空，在含義上是完全相同的。這一點(diǎn)千萬(wàn)不要弄混。真空度的計(jì)量采用與壓強(qiáng)相同的方法和單位。如：“毫米汞柱（mmHg）”指在0℃，1毫米水銀柱作用在單位面積上的力。1958年，為了紀(jì)念意大利物理學(xué)家托里拆里，用“托（Torr）”代替了毫米汞柱。1托就是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1毫米汞柱對(duì)單位面積上的壓力，表示為1Torr＝1mmHg。2.1.2真空度測(cè)量單位1971年國(guó)際計(jì)量會(huì)議正式確定“帕斯卡”作為氣體壓強(qiáng)的國(guó)際單位。1Pa＝1N/m2?7.5×10-3Torr。1Torr=133.32Pa在實(shí)際工程技術(shù)或國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中，幾種

5、非法定計(jì)量單位（Torr（托），mmHg（毫米汞柱），bar(巴)，atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），psi（磅力每平方英寸）等）仍有采用。目前標(biāo)準(zhǔn)大氣壓定義為：在0℃，水銀密度?＝13.59509g/cm3，重力加速度g＝980.665cm/s2時(shí)，760mm水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，則1atm＝1.01325×105Pa工程大氣壓（at）：1at=1kgf/cm2=9.80665×104Pa表2-1幾種壓強(qiáng)單位的換算關(guān)系單位帕/Pa托/Torr毫巴/mba標(biāo)準(zhǔn)大氣壓/atm1Pa1Torr1mba1atm1133.

6、31001.013×1057.5×10-310.757601×10-21.33311.013×1039.87×10-61.316×10-39.87×10-41英制單位：用英寸（inch，吋）汞柱和普西（Poundspersquareinch（psi）磅/平方英尺（磅/吋2））兩種單位。1英寸汞柱（inchHg）＝3.3864×103Pa1普西（psi）＝6.8948×103Pa真空單位換算關(guān)系單位帕（Pa）托（Torr）微巴（?ba）大氣壓（atm）工程大氣壓普西（Psi）1帕（1牛頓/米2）17.5006×10-

7、3109.8692×10-61.0197×10-51.4503×10-41托（1毫米汞柱）133.3211.3332×1031.3158×10-31.3595×10-51.9337×10-21微巴（1達(dá)因/厘米2）10-17.5006×10-419.8692×10-71.0197×10-61.4503×10-51大氣壓1.0133×1057601.0133×10611.033214.6961工程大氣壓（1千克力/厘米2）9.8067×104735.569.8067×1059.6784×10-1114.2231普西（

8、1磅/英寸2）6.8948×10351.7156.8948×1046.8046×10-27.0307×10-212.2真空區(qū)域的劃分及不同真空狀態(tài)下氣體的性質(zhì)為了研究真空和實(shí)際使用方便，常常根據(jù)各壓強(qiáng)范圍內(nèi)不同的物理特點(diǎn)，把真空劃分為以下幾個(gè)區(qū)域。低真空區(qū)域：1×105～1×102Pa（760～1Torr）中真空區(qū)域：1×102～1×10-1Pa（1～10-