真空的含义及特点

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1、1、真空的含义及特点在真空科学中，真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态。 人 们通常把这种稀薄的气体状态称为真空状况。这种特定的真空状态与人类赖以生存的 大气在状态相比较，主要有如下几个基本特点：（ 1 ）真空状态下的气体压力低于一个大气压，因此，处于地球表面上的各种真 空容器中，必将受到大气压力的作用，其压强差的大小由容器内外的压差值而定。由 于作用在地球表面上的一个大气压约为10135N/m2,因此当容器内压力很小时，则 容器所承受的大气压力可达到一个大气压。 不同压强下单位面积上的作用力， 如表 1 所示。（ 2 ）真空状态下由于气体稀薄，单位体积内的气体分子数，即气体

2、的分子密度 小于大气压力的气体分子密度。因此，分子之间、分子与其他质点（如电子、离子等） 之间以及分子与各种表面（如器壁）之间相互碰撞次数相对减少， 使气体的分子自由 程增大。表 2 给出了常温下大气分子平均自由程与大气压力的关系。表 1 不同压力下单位面积上的作用力压力（Pa）作用力（kg/cm2 ）压力（Pa）作用力(kg/cm2 )1051. 033285 x 1036.79755 x 10-25 x 1046.79755 x 10-11 x 1031.35951 x 10-23 x 1044.07853 x 10-15 x 1026.79755 x 10-31 x 1041.35951

3、 x 10-11 x 1021.35951 x 10-3表 2 常温下大气分子平均自由程与大气压力的关系大气压力（Pa）平均自由程（cm）大气压力（Pa）平均自由程（cm）1056.5 x 10-61 x 10-35 x 1021035 x 10-41 x 10-65 x 10-51025 x 10-31 x 10-95 x 1081 x 10-15 x 1001 x 10-45 x 1013（3） 真空状态下由于分子密度的减小，因此做为组成大气组分的氧、氢等气体含量（ 也包括水分的含量 ） 也将相对减少。表 3 给出了标准大气的成份。表 1 标准大气的成分成分分子量容积百分比重量百分比分压强

4、（托）n2 （氮）28.01347.08475.520593.44O2 （氧）31.998820.94823.142159.20Ar （氩）39.9840.9341.2887.10co2 （二氧化 碳）44.009953.14 x 10-24.8 x 10-22.4 x 10 -1*Ne（氛）20.1831.82 x 10-31.3 x 10-31.4 x 10-2He（氨）4.00265.24 x 10-46.9 x 10-94.0 x 10-3Kr（氟）83.801.14 x 10-43.3 x 10-48.7 x 10-4Xe（氤）131.308.7 x 10-63.9 x 10-36.

5、6 x 10-5H2（氢）2.015945 x 10-53.5 x 10-64 x 10-4F（甲烷）16.043032 x 10-41 x 10-41.5 x 10-3n2o（氧化二氮）44.01285 x 10-58 x 10-44 x 10-3O3（臭氧）47.9982夏：07 x 10-601 x 10-505 x 10-5*冬：02 x 10-600.3 x 10-501.5 x 10-5*SO2（二氧化 硫）64.062801 x 10-402 x 10-408 x 10-4*no2（二氧化 氮）46.05502 x 10-603 x 10-6901.5 x 10-5*nh3（氨）

6、17.030610痕迹量0痕迹量0痕迹量CO (一氧化碳）28.010550痕迹量0痕迹量0痕迹量1?（碘）253.808801 x 10-609 x 10-508 x 10*6* 表示随时间、地点而变化的值真空的这些特点、已被人们在丰富的生产与科学实验中加以利用， 这一点我们将在 下节中详述。2 、不同 真空状态下的真空工艺技术随着气态空间中气体分子 密度的减小，气体的物理性质发生了明显的变化，人们 就是基 于气体性质的这一变化，在不同的 真空状态下、应用各种不同的真空工艺、 达到为生产及科学研究服务的目的 。 目前 ， 可以说 ， 从每平方厘米表面上有上 百个电子元件的超大规模集成 电路的

7、制造，到几公里长的大型加 速器的运转，从民 用装饰品的生产到受控核聚变、人造卫 星、航天飞机的问世，都与真空工艺技术密 切相关。不同真空状态下 所引发出来的各种真空 工艺技术的应用概况如表 4 所示。表 4 不同真空状态下各种真空工艺技术的应用概况真空状态气体性质应用原理应用概况粗真空105 103(Pa)76010( Torr)气体状态与常 压相比较只有 分子数目由多 变少的变化，而 无气体分子空 间特性的变 化.分子相互间 碰撞频繁利用真空与大气 的压力差产生的 力及感差力均匀 的原理实现真空 的力学应用1. 真空吸引和输运固体、液体、胶 体和微粒；2. 真空吸盘起重、真空医疗器械；3.

8、真空成型，复制浮雕；4. 真空过滤；5.真空浸渍。低真空103 10-1(Pa)1010-3(Torr)气体分子间，分子与器壁间的 相互碰撞不相 上下，气体分子 密度较小利用气体分子密 度降低可实现无 氧化加热利用气 压降低时气体的 热传导及对流逐 渐消失的原理实 现真空隔热和绝 缘利用压强降低液 体沸点也降低的 原理实现真空冷 冻真空干燥1. 黑色金属的真空熔炼，脱气、 浇铸和热处理2. 真空热轧、真空表面渗铬；3. 真空绝缘和真空隔热；4. 真空蒸馏药物、油类及高分子化 合物；5. 真空冷冻、真空干燥；6. 真空包装、真空充气包装；7. 高速空气动力学实验中的低压风 洞高真空10-1 10

9、-6(Pa)10-310-8(Torr )分子间相互碰 撞极少、分子与 器壁间碰撞频 繁气体分子密度 小利用气体分子密 度小任何物质与 残余气体分子的 化学作用徽弱的 特点进行真空冶 金、真空镀膜及真 空器件生产1. 稀有金属、超纯金属和合金、半 导体材料的真空熔炼和精制；常用 结构材料的真空还原冶金；2. 纯金属的真空蒸馏精练；放射性 同位素蒸发；3. 难熔金疆的真空烧结；4. 半导体材料的真空提纯和晶体制 备；5. 高温金相显微镜及高温材料实验 设备的制造；6. 真空镀膜，离子注入膜一刻蚀 等表面改性；7. 电真空工业的电光管、离子管、 电子源管、电子束管、电子衍射仪， 电子显微镜、x光显

10、微镜，各种粒 了加速器、能谱仪、核辐射谱仪， 中子管、气体激光器的制造；8. 电子束除气、电子束焊接，区域 熔炼，电子束加超高真空气体分子密度 摄低与器壁磋利用气体分子密 度极低与表面碰1.可控热核聚变的研究；10-1 TO-6(Pa)10-110-8(Torr)撞的次敌极少 致使表面形成 单分子层的时 间增长气态空间中只 有固体本身的 原子几乎没有 其他原子或分 子的存在。撞极少，表面形成 单一分子层时间 很长的原理实现 表面物理与表面 化学的研究2.时间基准氢分子镜的制作；3 表面物理表面化学的研究；4. 宇宙空间环境的模拟；5. 大型同步质子加速器的运转；6. 电磁悬浮式高精度陀螺仪的制 作。文章导航