技術(shù)中心
| 真空技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí) |
| 發(fā)布時(shí)間：2014-11-06 瀏覽： 次 |
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真空技術(shù)是建立低于大氣壓力的物理環(huán)境，以及在此環(huán)境中進(jìn)行工藝制作、物理測(cè)量和科學(xué)試驗(yàn)等所需的技術(shù)。 真空技術(shù)主要包括真空獲得、真空測(cè)量、真空檢漏和真空應(yīng)用四個(gè)方面。在真空技術(shù)發(fā)展中，這四個(gè)方面的技術(shù)是相互促進(jìn)的。 真空是指低于大氣壓力的氣體的給定空間，即每立方厘米空間中氣體分子數(shù)大約少于兩千五百億億個(gè)的給定空間。 真空是相對(duì)于大氣壓來(lái)說(shuō)的，并非空間沒有物質(zhì)存在。 用現(xiàn)代抽氣方法獲得的最低壓力，每立方厘米的空間里仍然會(huì)有數(shù)百個(gè)分子存在。氣體稀薄程度是對(duì)真空的一種客觀量度，最直接的物理量度是單位體積中的氣體分子數(shù)。 氣體分子密度越小，氣體壓力越低，真空就越高。但由于歷史原因，量度真空通常都用壓力表示。 遠(yuǎn)在1643年，意大利物理學(xué)家托里拆利發(fā)現(xiàn)，真空和自然空間有大氣和大氣壓力存在。他將一根一端封閉的長(zhǎng)玻璃管灌滿汞，并倒立于汞槽中時(shí)，發(fā)現(xiàn)管中汞面下降，直至與管外的汞面相差76厘米時(shí)為止。 托里拆利認(rèn)為，玻璃管汞面上的空間是真空，76厘米高的汞柱是因?yàn)榇嬖诖髿鈮毫Φ木壒省?/p> 1650年，德國(guó)的蓋利克制成活塞真空泵。 1654年，他在馬德堡進(jìn)行了著名的馬德堡半球試驗(yàn)：用真空泵將兩個(gè)合在一起的、直徑為14英寸(35.5厘米)的銅半球抽成真空，然后用兩組各八匹馬以相反方向拉拽銅球，始終未能將兩半球分開。 這個(gè)著名的試驗(yàn)又一次證明，空間有大氣存在，且大氣有巨大的壓力。為了紀(jì)念托里拆利在科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)和貢獻(xiàn)，以往習(xí)用的真空壓力單位就是用他的名字命名的。 19世紀(jì)中后期，英國(guó)工業(yè)革命的成功，促進(jìn)了生產(chǎn)力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了真空技術(shù)的發(fā)展。 1850年和1865年，先后發(fā)明了汞柱真空泵和汞滴真空泵，從而研制成了白熾燈泡(1879)、陰極射線管(1879)、杜瓦瓶(1893)和壓縮式真空計(jì)(1874)。壓縮式真空計(jì)的應(yīng)用首次使低壓力的測(cè)量成為可能。 20世紀(jì)初，真空電子管出現(xiàn)，促使真空技術(shù)向高真空發(fā)展。1935～1937年發(fā)明了氣鎮(zhèn)真空泵、油擴(kuò)散泵和冷陰極電離計(jì)。這些成果和1906年制成的皮拉尼真空計(jì)至今仍為大多數(shù)真空系統(tǒng)所常用。 1940年以后，真空應(yīng)用擴(kuò)大到核研究(回旋加速器和同位素分離等)、真空冶金、真空鍍膜和冷凍干燥等方面，真空技術(shù)開始成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。 第二次世界大戰(zhàn)期間，原子物理試驗(yàn)的需要和通信對(duì)高質(zhì)量電真空器件的需要，又進(jìn)一步促進(jìn)了真空技術(shù)的發(fā)展。 在地球上，通常是對(duì)特定的封閉空間抽氣來(lái)獲得真空，用來(lái)抽氣的設(shè)備稱為真空泵。早先制成的真空泵，抽氣速度不大，極限真空低，很難滿足生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)的需要。 后來(lái)相繼制成一系列抽氣機(jī)理不同的真空泵，抽速和極限真空都得到不斷的提高。如低溫泵的抽氣速率可達(dá)60000升/秒，極限真空可達(dá)千億分之一帕數(shù)量級(jí)。 為了保證真空系統(tǒng)能達(dá)到和保持工作需要的真空，除需要配備合適的、抽氣性能良好的真空泵以外，真空系統(tǒng)或其零部件還必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢漏，以便消除破壞真空的漏孔。 低(粗)真空、中真空和高真空系統(tǒng)一般用氣壓檢漏;對(duì)于超高真空系統(tǒng)，在采用一般檢漏法粗檢以后，還要采用靈敏度較高的檢漏儀，如鹵素檢漏儀和質(zhì)譜檢漏儀來(lái)檢漏。 隨著真空獲得技術(shù)的發(fā)展，真空應(yīng)用日漸擴(kuò)大到工業(yè)和科學(xué)研究的各個(gè)方面。真空應(yīng)用是指利用稀薄氣體的物理環(huán)境完成某些特定任務(wù)。有些是利用這種環(huán)境制造產(chǎn)品或設(shè)備，如燈泡、電子管和加速器等。 這些產(chǎn)品在使用期間始終保持真空;而另一些則僅把真空當(dāng)作生產(chǎn)中的一個(gè)步驟，最后產(chǎn)品在大氣環(huán)境下使用，如真空鍍膜、真空干燥和真空浸漬等。 真空的應(yīng)用范圍極廣，主要分為低真空、中真空、高真空和超高真空應(yīng)用。低真空是利用低(粗)真空獲得的壓力差來(lái)夾持、提升和運(yùn)輸物料，以及吸塵和過(guò)濾，如吸塵器、真空吸盤。 中真空一般用于排除物料中吸留或溶解的氣體或水分、制造燈泡、真空冶金和用作熱絕緣。如真空濃縮生產(chǎn)煉乳，不需加熱就能蒸發(fā)乳品中的水分。 真空冶金可以保護(hù)活性金屬，使其在熔化、澆鑄和燒結(jié)等過(guò)程中不致氧化，如活性難熔金屬鎢、鉬、鉭、鈮、鈦和鋯等的真空熔煉;真空煉鋼可以避免加入的一些少量元素在高溫中燒掉和有害氣體雜質(zhì)等的滲入，可以提高鋼的質(zhì)量。 高真空可用于熱絕緣、電絕緣和避免分子電子、離子碰撞的場(chǎng)合。高真空中分子自由程大于容器的線性尺寸，因此高真空可用于電子管、光電管、陰極射線管、X射線管、加速器、質(zhì)譜儀和電子顯微鏡等器件中，以避免分子、電子和離子之間的碰撞。這個(gè)特性還可應(yīng)用于真空鍍膜，以供光學(xué)、電學(xué)或鍍制裝飾品等方面使用。 外層空間的能量傳輸與超高真空中的能量傳輸相似，故超高真空可用作空間模擬。在超高真空條件下，單分子層形成的時(shí)間長(zhǎng)(以小時(shí)計(jì))，這就可以在一個(gè)表面尚未被氣體污染前，利用這段充分長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)研究其表面特性，如摩擦、粘附和發(fā)射等。 推薦閱讀 |
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