一、真空科學(xué)進(jìn)展的歷史回憶認(rèn)為1643年托里析利的壓力試驗(yàn)和1650年葛利抑制造抽氣機(jī)是對(duì)真空這一現(xiàn)象“鞲鞴”“老子道德經(jīng)”一書(shū)說(shuō)“鞲鞴””，(218～3l6年)在“肘后備急方”中所介紹的利用“拔火罐”得真空的方法比托里析利用水銀趕走玻璃管中的大氣而獲得的真空方法還要高6104Pa的低壓。至于葛利克的抽氣機(jī)與我國(guó)古代所承受的風(fēng)箱抽氣比較，在抽氣原理上是一樣的。不過(guò)在我國(guó)“天工開(kāi)物”一書(shū)中記載的利用“風(fēng)箱鼓風(fēng)煉鐵”要比葛利克抽出他的“金屬半球”中的氣體，在時(shí)間上至少早幾百年，因真空技術(shù)所做出的奉獻(xiàn)。二、真空及其應(yīng)用1、真空的含義及特點(diǎn)賴以生存的大氣在狀態(tài)相比較，主要有如下幾個(gè)根本特點(diǎn)：〔1〕真空狀態(tài)下的氣體壓力低于一個(gè)大氣壓，因此，處于地球外表上的各而定。由于作用在地球外表上的一個(gè)大氣壓約為10135N/m2，因此當(dāng)容器內(nèi)壓1所示。表1不同壓力下單位面積上的作用力壓力(Pa)(kg/cm2)壓力(Pa)(kg/cm2)1051．033285×1036.79755×10-25×1046.79755×10-11×1031.35951×10-23×1044.07853×10-15×1026.79755×10-31×1041.35951×10-11×1021.35951×10-3〔2〕真空狀態(tài)下由于氣體淡薄，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)，即氣體的分子〔如電子、離子等〕之間以及分子與各種外表〔如器壁〕之間相互碰撞次數(shù)相對(duì)削減，使氣2給出了常溫下大氣分子平均自由程與大氣壓力的關(guān)系。2常溫下大氣分子平均自由程與大氣壓力的關(guān)系大氣壓力(Pa)平均自由程(cm) 大氣壓力(Pa) 平均自由程(cm)1056.5×10-6 1×10-3 5×1021035×10-4 1×10-6 5×10-51025×10-3 1×10-9 5×1081×10-15×1001×10-45×1013(也包括水分的含量)也將相對(duì)削減。表3給出了標(biāo)準(zhǔn)大氣的成份。碳〕H2〔氫〕CH碳〕H2〔氫〕CH4〔甲烷〕N2O〔氧化二氮〕O3〔臭氧〕SO2〔二氧化硫〕NO2〔二氧化氮〕NH3〔氨〕17.030610~痕跡量0~痕跡量0~痕跡量成分分子量容積百分比重量百分比分壓強(qiáng)〔托〕N2〔氮〕28.01347.08475.520593.44O2〔氧〕31.998820.94823.142159.20Ar〔氬〕39.9840.9341.2887.10CO2〔二氧化44.009953.14×10-24.8×10-22.4×10-1*Ne〔氖〕20.1831.82×10-31.3×10-31.4×10-2He〔氦〕4.00265.24×10-46.9×10-94.0×10-3Kr〔氪〕83.801.14×10-43.3×10-48.7×10-43.9×10-36.6×10-5Xe〔氙〕131.308.7×10-65×10-53.5×10-64×10-42.0159416.043032×10-41×10-41.5×10-344.01285×10-58×10-44×10-347.9982夏：0~710-60~1×10-50~5×10-5*冬：0~210-60~0.3×10-50~1.5×10-5*64.06280~1×10-40~2×10-40~8×10-4*46.0550~2×10-60~3×10-690~1.5×10-5*COCO〔一氧化碳〕28.01055I 〔碘〕2253.80880~痕跡量0~1×10-60~痕跡量0~9×10-50~痕跡量0~8×10*6**表示隨時(shí)間、地點(diǎn)而變化的值們將在下節(jié)中詳述。2、不同真空狀態(tài)下的真空工藝技術(shù)隨著氣態(tài)空間中氣體分子密度的減小，氣體的物理性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化，米外表上有上百個(gè)電子元件的超大規(guī)模集成電路的制造，到幾公里長(zhǎng)的大型4所示。表4不同真空狀態(tài)下各種真空工藝技術(shù)的應(yīng)用概況真空狀態(tài) 氣體性質(zhì) 應(yīng)用原理 真空吸引和輸運(yùn)固體、液體、膠氣體狀態(tài)與常 體和微粒；粗真空 壓相比較只有利用真空與大氣15

分子數(shù)目由多

真空吸盤(pán)起重、真空醫(yī)療器械；真空成型，復(fù)制浮雕；760~10 〔Torr〕化．分子相互間碰撞頻繁

的力學(xué)應(yīng)用

真空過(guò)濾；真空浸漬。

1.氣、澆鑄和熱處理氧化加熱利用氣2.真空熱軋、真空外表滲鉻；熱傳導(dǎo)及對(duì)流逐103~10-1 3.真空絕緣和真空隔熱；〔Pa〕 現(xiàn)真空隔熱和絕10~10-3

緣分子密度較小

合物；〔Torr〕 利用壓強(qiáng)降低液5.真空冷凍、真空枯燥；原理實(shí)現(xiàn)真空冷凍真空枯燥

真空包裝、真空充氣包裝；風(fēng)洞導(dǎo)體材料的真空熔煉和精制；常用構(gòu)造材料的真空復(fù)原冶金；同位素蒸發(fā)；高真空~10-6

難熔金疆的真空燒結(jié)；制備；高溫金相顯微鏡及高溫材料實(shí)〔Pa〕 頻繁

驗(yàn)設(shè)備的制造；10-3~10-8

金、真空鍍膜及

真空鍍膜，離子注入．膜一刻蝕〔Torr〕小 真空器件生產(chǎn)

等外表改性；電真空工業(yè)的電光管、離子管、x了、能譜儀、核輻射譜儀，中子管、氣體激光器的制造；熔煉，電子束加三、真空科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域業(yè)部門(mén)和科學(xué)爭(zhēng)論工作中?，F(xiàn)就其主要的幾個(gè)部門(mén)簡(jiǎn)述如下：．真空在輸運(yùn)、吸引、起吊及真空造型等設(shè)備中的應(yīng)用因此具有寬闊的應(yīng)用范圍和前景。導(dǎo)制作方面、都廣泛的承受了這一技術(shù)。期的效果。．真空在電真空器件中的應(yīng)用借以到達(dá)放大、振蕩、顯示圖象等目的。因此避開(kāi)電子與氣體分子間的碰撞，保目前電真空工業(yè)中所生產(chǎn)的電真空器件主要有各種電子管(整流管、放射管、收信管、速調(diào)管、行波管、磁控管、光電管等)；各種離子管(泵弧整流管、)(示波管、攝象管、顯象管、x光管、變象管等)；各種電光源管(照明燈，光譜)x光顯微鏡，各種熔煉、區(qū)域提純、難熔金屬和介質(zhì)的熔化和鉆孔，開(kāi)槽切割、放射性同位素的蒸業(yè)生產(chǎn)中所起的作用是不言而喻的。這里不再贅述。．直空在冶金工業(yè)中的應(yīng)用有色金屬冶煉的根本原理。表4給出了各種不同真空冶金領(lǐng)域中所承受的各種工藝方法和它們的適用范圍。供讀者參閱。表4中給出的真空冶金中，尚應(yīng)包要組成局部，因此我們將在下一節(jié)中詳述。表5真空冶金的主要領(lǐng)域、工藝方法及其適用范圍領(lǐng)域 工藝方法 運(yùn)用范圍鐵鎳鈷銅鈹鈾系金屬及其合金真空感應(yīng)熔煉 域精煉自耗電極真空弧熔煉真 非耗電極真空電弧熔煉

金鎢鋁銠鉭鈦系金屬及其合金鈾鈦鋯及碳化鈾熔煉真空弧熱源在水冷銅坩堝中精 鎢鉭及鈾等金屬合金空 煉及鑄造真空電子束熔煉同時(shí)在水冷銅鎢、鉬、鈮、鉭、鉿、鈹?shù)葼栯y熔金屬及熔 坩堝中凝固成錠 全金高級(jí)合金鋼、超級(jí)合金、起純金屬鋁、鉬、鈮、鉭、鋯、鈦等，滾球軸承鋼煉 殼精練然后進(jìn)展離子鑄造或精密鑄造

等，高級(jí)合金鋼溢流法電子束多重熔床熔煉及 屬、高純合金及高級(jí)合金鋼冷凝成錠等離子弧熔煉 工具材料等離子弧重熔 鈦及合金鋼等離子弧感應(yīng)熔煉 耐熱合金真空精練 練及脫氣鋼包靜態(tài)真空脫氣 處理合金鋼真 真空澆注 碳鋼合金鋼大鍛件鋼錠空 倒包脫氣 構(gòu)造鋼出鋼脫氣 與電爐組合處理各種合金鋼脫 出鋼脫氣加真空澆注 錠處理澆注出鋼脫氣加例包脫氣 各種鋼氣提升處理〔DH法〕

鋼電工鋼及 循環(huán)處理〔RH法〕 同上爐 電磁攪拌真空脫氣 超高強(qiáng)度鋼真空鋼包吹氬 低合金鋼真空電弧加熱脫氣 高合金鋼外 真空吹氧脫碳精練 及其他合金、高純鐵素體不銹鋼電弧加熱電磁攪拌真空精煉 合金鋼、不銹鋼、軸承鋼精 真空吹氧精煉 不銹鋼煉 氬氧精煉 、構(gòu)造鋼、軸承鋼、工具鋼水蒸氣混氧精煉 不銹鋼、猛鉻鋼真 鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不真空退火 工具模具鋼、鉬、鋁、鈦、鋯、鈾、空 銅、鈦合金熱

高速鋼、馬氏體鉻鋼、冷作工具鋼、熱處工具鋼、鈦合金鑄件真空油淬火 工具鋼、高速鋇處 電子束淬火 槽脊、汽車凸輪軸及有關(guān)零件輝光離子氮化 鉻鋼、高速鋼、球未鑄鐵零件理 真空滲碳真空離子滲碳 軸鑿輪模具等零件真 電子束焊接空

難熔金屬活性金屬、耐熱鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高速鋼不銹鋼、鋁和鋁合金、鈦及其合金鈹與不真空釬焊 銹鋼、鈹-鈦、鈹-鈮、鈹-陶瓷接鎳懸超合金，鈦合金Cu-Ni，Ti-鋼真空固態(tài)結(jié)合〔集中焊〕合燒結(jié)性磁鐵、不銹鋼零件有機(jī)油類、合成樹(shù)脂原料、高級(jí)酒精、高燒結(jié)性磁鐵、不銹鋼零件有機(jī)油類、合成樹(shù)脂原料、高級(jí)酒精、高真空真空蒸餾質(zhì)和二氧化碳和結(jié)晶真空濃縮合成氨、合成尿素、制鹽糖、制酸、合成洗滌劑、制堿、浮制品、果汁、果醬真空結(jié)晶氯化鉀、氯化鈉、合成尿素、合成氨

Cu-Nb、銅-鋼高純度耐熱金屬及合金，復(fù)合金屬、高磁、真空在鍍膜工業(yè)中的應(yīng)用組成局部，其分類如表6所示?，F(xiàn)就其幾個(gè)主要應(yīng)用方面做一簡(jiǎn)潔介紹。首先增透膜則大量用于照相和各種激光器開(kāi)頭、始終到型建筑物的大窗鍍膜玻璃，鍍膜更占有極為重要的地位。各種規(guī)模的繼承電路。包括存貯器、運(yùn)算器、告知磁帶、磁盤(pán)、半導(dǎo)體激光器，約瑟夫遜器件、電荷耦合器件〔CCD〕也都甬道元件方面，在真空中蒸發(fā)鎳鉻，鉻或金屬陶瓷可以制造電阻，在塑料上蒸發(fā)鋁、一氧化硅、二氧化鈦等可以制造電容器，蒸發(fā)硒可以得到靜電復(fù)印機(jī)用的硒鼓、具等制造超硬膜。近兩年內(nèi)所興起的多弧離子鍍制備鈦金制品，如不銹鋼薄板、鏡面板、包柱、扶手、高檔床托架、樓梯欄桿等目前正在盛行。表6真空外表處理技術(shù)的分類外表處外表處處理方法理目的量工作方式等離子體高真空加子束蒸發(fā)真空蒸發(fā)鍍膜0.1~1ev解真空電弧蒸發(fā)真空感應(yīng)蒸發(fā)分子束外延高頻薄膜沉〔外表PVD濺射真空加〕10~100ev23級(jí)、4級(jí)離子束濺射鍍膜鍍膜對(duì)向靶濺射直流二級(jí)型多陰極型真空數(shù)10~5000ev單一離子束鍍膜ARE型、增加ARE集團(tuán)離子束鍍膜HCD型高頻型CVDCVD低壓等離子化學(xué)氣相化學(xué)反響熱等離子增加化學(xué)氣和沉 沉積集中積〔PCVD〕〔LPCVD〕離子束刻蝕微細(xì)加高頻濺射刻蝕〔外表厚度削減〕離子刻蝕ev~數(shù)kev反響離子束刻蝕等離子刻蝕電子束刻蝕反響離子刻蝕X射線曝光外表改〔不改離子注入變外表厚度〕數(shù)kev~1000kec活性離子沖擊離子氮化離子注入．真空在食品包裝及冷凍枯燥工業(yè)中的應(yīng)用成為潛力極大的市場(chǎng)而活潑在人們的生活中。7所示。表7真空冷凍枯燥的應(yīng)用范圍及實(shí)例應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍生物體保存食品制作與保存微粉末枯燥應(yīng)用實(shí)例神經(jīng)組織氨基酸、金屬粉、礦物粉．真空在航天工業(yè)中的應(yīng)用火箭、人造衛(wèi)星、載人飛船、空間站、宇宙探測(cè)器以及航天飛機(jī)等各種空間飛行8給出了幾種主要模擬裝置的試驗(yàn)內(nèi)容及其對(duì)真空度的要求。供讀者參考。8宇宙空間模擬設(shè)備的分類、試驗(yàn)內(nèi)容及有用真空度分類分類模擬試驗(yàn)內(nèi)容動(dòng)有用真空度(Pa)10-1~10-8(失重，生理變化，生艙 活規(guī)律等)102~1離子推力器材料及元件學(xué)爭(zhēng)論離子推力器封命及性能承衛(wèi)生飛船的部件及整體性能10-4~10-510-1~10-6熱真空試驗(yàn)10-4~10-5擬模擬試驗(yàn)10-3~10-5．真空在及受控核聚變中的應(yīng)用生各種能量的電子、質(zhì)子、氘、a粒子及其它重離子。利用這些粒子與物質(zhì)的相7超子、反粒子等。產(chǎn)生的粒子和射線已經(jīng)用于核物理的爭(zhēng)論以及醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)食品等部門(mén)。易發(fā)生真空絕緣不夠?qū)е录铀倨鲹舸?，使不能處于正常工作狀態(tài)。表9是各種的分類及它們所要求的真空度。9類型的類型及其真空度范圍真空度范圍〔Pa〕靜電1.3×10-3~1.3×10-4直線1.3×10-3~1.3×10-6盤(pán)旋1.3×10-4~1.3×10-4-正電子貯存環(huán)〔意大利〕-正電子貯存環(huán)〔意大利〕〔歐美聯(lián)合原子核爭(zhēng)論中心〕高義環(huán)超導(dǎo)貯存〔美國(guó)〕1.3×10-71.3×10-91.3×10-10電站；另一種是利用兩個(gè)輕原子()聚合成一個(gè)重原子核能釋放出來(lái)的的海水中提