培训系列之4(刘坤)真空系统组成与设计基础

经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。东北大学第八期《真空技术》培训班真空系统组成与设计基础主讲人：刘坤VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China《真空技术》o一.真空技术概况（巴德纯）o二.真空工程理论基础（张世伟）o三.干式真空泵原理与技术基础（巴德纯）o四.真空系统组成与设计基础（刘坤）o五.真空获得设备原理与技术基础（张以忱）o六.真空测量技术基础（刘玉岱）o七.真空镀膜技术基础（张以忱）o八.质谱原理与真空检漏（刘玉岱）o九.真空冶金技术基础（王晓冬）o十.真空与低温技术及设备（徐成海）东北大学第八期培训系列之VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.真空系统的组成2.真空系统组成元件3.真空系统的设计计算课程内容VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.真空系统的组成o1.1真空系统的概念o1.2真空系统的组成元件o1.3真空系统的分类o1.4真空系统设计的基本内容VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.1真空系统的概念o什么是真空系统？用一句话来概括，真空系统就是用来获得有特定要求的真空度的抽气系统。例如：镀膜设备真空系统；真空热处理炉真空系统；航空模拟器真空系统；真空冶炼炉真空系统；真空压力浸漆真空系统等等。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China马德堡半球实验Magdeburg-spheresExperimento用两个直径119厘米的半球合起来，用水银真空泵将球内空气抽至粗真空，每个半球用8匹马才能向相反方向拉开。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,Chinao真空电炉：真空电炉是在最近几十年发展起来的，在真空条件（稀薄气体中）工作的。根据加热热源不同，真空电炉可分为：Ø电阻加热炉Ø感应加热炉Ø电弧加热炉Ø电子束加热炉VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,Chinao真空电子束焊接：定向高速运动的电子束流撞击工件使动能转化为热能而使工件熔化，形成焊缝VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China多功能离子注入设备VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China金属蒸汽真空弧源注入机VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China真空吹氧脱碳炉VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China非自耗电弧炉VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,Chinao离子注入：n真空中一束离子束射向固体材料，把固体材料原子或分子撞出材料表面，叫做溅射；n离子束从固体材料表面弹回来，或穿出固体材料而去，叫做散射；n而当离子束射到固体材料后，受固体材料抵抗速度慢慢减低，并最终停留在固体材料中，叫做离子注入。n离子注入引起材料表面成分、结构和性能变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能Ø特点：无公害、不改变尺寸和表面光洁度、无剥落、不需再加工和热处理。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,Chinao真空热处理：n真空热处理是真空技术与热处理技术相结合的新型热处理技术，即在低于一个大气压的气氛环境中进行热处理，真空热处理实际也属于气氛控制热处理。n真空热处理可以实现几乎所有的常规热处理所能涉及的热处理工艺，但热处理质量大大提高。Ø无氧化、无脱碳、无毒害物质产生；变形小、硬度均匀；脱脂除气，可获得洁净表面。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China光学镀膜机VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China幕墙玻璃相机镜头哈勃太空望远镜VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China磁控溅射与离子束联合镀膜机VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China用于对样品表面或断口形貌进行观察和分析用于对样品表面或断口形貌进行观察和分析用于对样品表面或断口形貌进行观察和分析扫描电子显微镜：用细聚焦电子束轰击样品表面，电子与样品相互作用产生二次电子、背散射电子等。扫描电子显微镜：用细聚焦电子束轰击样品表面，电子用细聚焦电子束轰击样品表面，电子与样品相互作用产生二次电子、背散与样品相互作用产生二次电子、背散射电子等。射电子等。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China扫描电子显微镜近场光学显微镜X射线光电子能谱仪VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China扫描近场光学显微镜多模式扫描探针显微镜VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China气动真空输运设备带式真空压榨过滤机VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China差压型真空注型机真空压力浸渍设备VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China模拟舱中的神州飞船模拟舱中的神州飞船VacuumEnvironmentSimulation真空度的提高（极高真空10-12Pa）和真空容器大型化（例如宇航的微重力试验的真空系统真空室1700m3），今后新的尖端科学技术的发展对此要有所考虑。小型空间环境模拟室小型空间环境模拟室VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,ChinaVacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China核聚变-托克马克装置VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China大半导体工业的真空装备oIC（集成电路）装备产业o平板显示与液晶行业o冷光二极管与半导体照明产业o太阳能电池与光伏产业o传统行业及其他新兴行业VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,Chinao典型高真空系统Ø前级泵Ø主泵Ø高真空管路Ø主阀Ø预真空抽气泵Ø预真空管路Ø预真空管道阀Ø前级管路Ø前级管道阀Ø软连接管道Ø前级泵Ø主泵Ø高真空管路Ø主阀Ø预真空抽气泵Ø预真空管路Ø预真空管道阀Ø前级管路Ø前级管道阀Ø软连接管道VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.2真空系统的组成元件一个较完善的真空系统由下列元件组成：1．真空获得设备：各种真空泵；2．真空阀门；3．连接管道；4．真空测量装置：例如真空压力表、各种规管；5．其它元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐等。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China图典型真空系统原理图1真空室充气阀；2真空测量规管；3流量调节阀；4高真空阀；5冷阱；6油扩散泵；7储气罐；8热偶计规管（测扩散泵前级压力）9前级阀；10真空膜盒继电器；11预抽阀；12罗茨泵；13、14机械泵（其中一台可兼维持泵）；15旁通阀；VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.3真空系统的分类o1.3.1粗低真空系统o1.3.2中真空系统o1.3.3高真空系统o1.3.4超高真空系统VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China1.3.1粗低真空系统o用粗真空泵（如水蒸汽喷射泵或水环泵）直接从大气压下为真空室排气，组成的真空系统即为粗真空系统。该系统是最简单的真空系统。o用低真空泵（如油封式机械泵）给真空室排气，即可组成低真空系统。o应用领域很多：n真空传输：煤矿抽瓦斯、化工、制药、医学、畜牧业等n真空造型n真空吸盘n真空包装VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China真空系统示意图一个要进行真空处理的容器,用管道和阀门将它与真空泵连接起来,同时在容器上设置真空测量装置,这就构成了一个最简单的真空抽气系统。VacuumandFluidEngineeringResearchCenterofNortheasternUniversity,China