科普文章《高真空获得与压升率计算》

高真空的定义：

从 2 × 10 -1 次方开始，以上一直到 6.2 × 10 - 5 次方(单位是Pa)都属于高真空的范畴。即在被抽容器的真空度达到了负三次方，就是高真空了。

在现实操作中，达到10的负5次方是很不容易的，时间远远超过要求的45分钟，我们在一般情况下，达到 2 × 10 - 3

Pa，即属于目标。

在我国，目前在高真空领域使用的设备，主要的金属硅油扩散泵。

扩散泵的基本原理

根据气体动力学的二元理论，扩散泵将金属硅油加热，形成蒸气流，当蒸气流从马赫数等于 1 的临界点与气体分子碰撞融合，产生物理化学反应，从而被激冷产生下沉，将气体分子带入底部，经前级泵抽出，从而达到被抽容器属于高度真空的目的。

目前我们使用的扩散泵分为两种，一种叫直筒扩散泵，一种叫凸腔扩散泵。我们先讲一下这两种泵的优势：

1，直筒扩散泵

直筒扩散泵过去一直是人们获得高真空的首选泵种。

它优点是加热快，抽气速率快，一级伞形喷咀的角度取值

80o－ 45o，工作蒸气流射流的上界面能达到最佳抽气状态。

其缺点是第三级喷咀射流界面小，且在10的负1次方至10的负3次方数量级的范围内均可工作，如果超过这个极限，就要用较长的时间了。

这是因为直筒的限制，一级喷咀扩张率不可能做得很大，影响了它的抽气速率。

2，凸腔泵的优势

凸腔泵将泵体的一定部位适当加以扩大，使的一级喷咀的扩张率可以展现量增大，射流的界面扩大了，硅油蒸气流与空气分子融容反应面增大，提高了降沉的界面，排出的气体增加。

还有：喷咀结构的改进

喷咀的内壁与喷咀座的外壁相配合，工作蒸气流的上界面与泵轴夹角小于45o，由于射流上界面的下偏，使射流上界面面积增大了12%，这时抽气的速率也同时提高了12%。

设置比较密的水冷挡油阀

由于增大了金属硅油蒸气流的扩散界面，油蒸气流就有可能射入被抽容器，造成污染。为了防止蒸气流的污染，在扩散泵的三级喷塔上部，设置了“人字”冷水挡板，蒸气流遇到冷水挡板，凝聚后下沉，落入底盘而重复循环。

3，注意事项

⑴扩散泵真空油的选择：

必须选择完全达标的高真空扩散泵用油，别的乱七八糟的油千万不能乱加。

⑵扩散泵油的冷却

扩散泵的油温要求要低于50o才可以停止前级泵的工作。否则微量气体进入，会造成泵内的油氧化，形成碳化物粘在泵壁，影响泵的抽气速率。

⑶泵体积碳的清除

一般情况下，加一次油可以使用3000小时至10000小时左右。

使用时间长了，泵内三级喷塔上就会积满碳化物，抽真空非常慢了，这就需要清理里边的“积碳”。

并把原来的真空油一起清除，重新加入新油。

真空压升率

压升率是反映真空设备保持真空的能力。

它的测量方法是，在真空系统中，达到一定的真空度的状态下，停掉所有抽真空设备，在干净、冷态、空载的状态下，在 T1 和 T2 的两个时间点测得的真空度为 P1 和 P2 的两个值。

压升率 = P1－ P2 / T1 －T2 ，P 的单位为 Pa， T 的单位为小时。

所以压升率的单位Pa/ h

我国的标准是：

1.33 Pa / h

国外一般的标准是：

0.67 Ps / h

⑴压升率是指整个真空室体不抽真空时单位时间内压强升高的差值，可以定义为：

M = Δ P / Δ T

M 压升率

ΔP 为 ΔT 时间内压强的增加值。

该物理量是反映真空度系统性能的重要指标。压升率过高，意味着大量的杂质气体进入了系统。

⑵理论估算：

影响真空系统压升率的因素分为两类：

一是外界气体由于各种原因进入系统；二是真空系统内的结构材料散发出的气体。

根据这种现象，国外一般考虑到设备的体积，所以，他们取了一个名词为：

泄露率 = Pa .L / S 。