真空物理与技术PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1.1 概述 1

目录 1

1.2 基本方程 3

1.2.1 引言 3

1.2.2 理想气体的运动特性 4

1.3 分子输运 6

1.3.1 气体流动 6

1.3.2 流导的计算 9

1.4.2 吸附 15

1.4 表面物理 15

1.4.1 引言 15

1.4.3 解吸 18

1.4.4 结论 20

第二章 真空系统中全压强的测量 21

2.1 引言 21

2.1.1 概述 21

2.1.2 单位 21

2.2.1 理想气体定律 22

2.1.3 压强范围及相应的测量技术 22

2.2 压强规 22

2.2.2 液体压强规 24

2.2.3 机械压强规 28

2.3 热导规 30

2.3.1 理论和原理 30

2.3.2 Pirani规 31

2.3.3 热敏电阻规 32

2.3.5 热导规对各种气体的灵敏度 33

2.3.4 热偶规 33

2.4 电离规 35

2.4.1 理论和原理 35

2.4.2 普通三极管热阴极电离规 36

2.4.3 冷阴极放电规 37

2.4.4 B-A型电离规 38

2.4.5 测量超高真空和极高真空用的特殊规 40

2.4.6 电离规对不同气体的灵敏度 41

2.5.2 规的校准 43

2.5.1 与规放置相关的问题 43

2.5 规的放置和校准 43

第三章 分压强的测量 48

3.1 质谱计 48

3.1.1 分压强测量引言 48

3.1.2 质谱计作分压强分析器用时的条件 48

3.1.3 作分压强分析器用的质谱计类型 50

3.1.4 质谱计类型的讨论 51

3.1.5 真空系统中大气的质谱 57

3.1.6 实际应用的问题 58

第四章 高真空的获得 60

4.1 常用的概念和公式 60

4.1.1 气体输运：气流量 60

4.1.2 用1/s表示抽速 61

4.1.3 抽气时间 61

4.1.4 极限压强 63

4.1.5 前级真空抽气和高真空抽气 64

4.2 前级真空泵 65

4.2.1 概述 65

4.2.2 旋转油封泵 66

4.2.3 罗茨泵 75

4.2.4 液体活塞泵 79

4.2.5 喷射泵 81

4.2.6 吸附泵 82

4.3 扩散泵 83

4.3.1 基本抽气机理 84

4.3.2 抽速 87

4.3.3 抽气量 90

4.3.4 允许前级压强 91

4.3.5 极限压强 93

4.3.6 返流 97

4.3.7 其他性能 101

4.4 其他高真空泵 105

4.4.1 分子泵 105

4.4.2 油喷射泵 105

4.4.3 水银扩散泵 105

4.4.4 吸附泵（高真空） 106

5.1.2 实际真空系统的特性 107

5.1.1 理想真空系统所呈现出的特性 107

5.1.3 理想真空系统与实际真空系统之间在性能方面的明显差异 107

5.1 超高真空获得的基本概念 107

第五章 超高真空的获得 107

5.1.4 实际问题的考虑 108

5.2 吸气剂抽气 113

5.2.1 引言 113

5.2.2 工作原理 114

5.2.3 钛膜抽速参数 114

5.2.4 估算抽速的方法 116

5.2.5 要求钛升华器应具有的特性和结构形式 118

5.2.6 基板设计的考虑 122

5.2.7 实现高效的工作 123

5.3 离子泵 126

5.3.1 引言 126

5.3.2 第一台商用离子泵 127

5.3.3 Pening放电型泵 127

5.3.4 弹道离子泵 130

5.3.5 离子泵的实际情况 131

5.4.1 概述 133

5.4 低温抽气 133

5.4.2 低温泵 135

5.4.3 低温吸附泵 137

5.4.4 低温泵的一些特殊考虑 140

5.4.5 安全考虑 140

5.5 涡轮分子泵 141

5.5.1 引言 141

5.5.2 历史 141

5.5.5 涡轮分子泵的理论 142

5.5.4 应用范围 142

5.5.3 特性差别 142

5.5.6 残余气体成分 146

5.5.7 与扩散泵的比较 147

5.5.8 抽氢 148

5.5.9 卧式和立式之间的选择 148

5.5.10 轴承 150

5.5.11 驱动 152

5.5.12 快速开启入口阀门和内爆 152

5.5.13 振动和噪音的降低 153

5.5.14 启动和停止涡轮分子泵 154

5.5.16 涡轮分子泵的烘烤 155

5.5.15 防止涡轮分子泵停转 155

第六章 金属真空系统及其部件 157

6.1 扩散泵抽气的真空系统及其图解表示 158

6.2 真空法兰 159

6.2.1 理想的法兰连接的特性 160

6.2.2 合成橡胶法兰 160

6.2.3 全金属法兰 163

6.3 真空、水和气体的管接头：功能与选择 168

6.3.1 市售的接头类型 168

6.4 真空阀门 169

6.3.2 金属－玻璃、金属－金属间的铟丝密封 169

6.4.1 日常真空工作用阀门的选择 170

6.4.2 漏气阀门 170

6.4.3 可烘烤的阀门 170

6.5 阱、障板及阀门的组合 171

6.5.1 液氮阱 172

6.6 柔性接头 172

6.7 机械运动的引入装置 173

6.7.1 转动引入装置 173

6.7.2 移动的引入装置 175

6.8.1 大电流、低电压的水冷电引线 176

6.8 电引线 177

6.8.2 高压漏电的防止 178

6.9 观察窗 178

6.8.3 防溅射的电引线 179

第七章 玻璃真空系统 180

7.1 玻璃作为真空外壳的应用 180

7.1.1 玻璃的优点 180

7.1.2 玻璃的缺点 180

7.2 系统和部件 180

7.2.1 玻璃系统的制造 180

7.2.2 典型玻璃系统和元件 184

7.3 玻璃的放气 185

7.3.1 概述 185

7.3.2 热放气 185

7.3.3 电子轰击放气 188

7.3.4 紫外线辐射放气 189

7.3.5 核辐射放气 192

7.4 气体在玻璃中的渗透 195

7.4.1 气体扩散对真空的限制 195

7.4.2 氦的渗透 195

7.4.3 其他气体的渗透 198

第八章 真空材料的性能 201

8.1 概述 201

8.1.1 前言 201

8.1.2 材料选择的一般考虑 201

8.2 金属与金属合金 208

8.2.1 钢、不锈钢及其它钢种 208

8.2.2 普通金属 210

8.2.3 难熔金属与难熔合金 216

8.2.4 贵金属 221

8.2.5 软金属 223

8.2.6 合金 224

8.2.7 特殊元素（Hg,C） 228

8.3 玻璃 229

8.3.1 机械性能 231

8.3.2 粘度 232

8.3.3 热膨胀系数 233

8.3.4 抗热冲击性能 233

8.3.5 热导率 234

8.3.6 电阻率 234

8.3.8 电击穿强度 235

8.3.7 介电常数和介质损耗因数 235

8.3.9 玻璃的渗透率 236

8.3.10 光学性质 236

8.3.11 玻璃的抗化学腐蚀性能 237

8.3.12 玻璃的去气 237

8.4 陶瓷 238

8.4.1 硅酸盐陶瓷 239

8.4.2 纯氧化物陶瓷 241

8.4.3 可机械加工的陶瓷（麦考、拉瓦、氮化硼） 243

8.5.1 天然橡胶和合成橡胶 245

8.5 合成橡胶与塑料 245

8.5.2 塑料 249

8.6 密封剂、蜡、油脂和油 251

8.6.1 密封剂和润滑剂 251

8.6.2 泵工作液与压强规油 253

8.7 气体——制备、性能及应用 254

8.7.1 惰性气体 254

8.7.2 活性气体 256

8.8 结束语 257

9.1 软焊 258

第九章 真空系统和元件的生产准则 258

9.3 熔焊 259

9.3.1 焊接设计方面的具体问题 259

9.2 硬焊 259

9.3.2 可切割的焊接连接 264

9.3.3 铝与不锈钢的连接 266

9.3.4 电子束焊接 266

9.4 可烘烤和可冷却的真空连接 267

9.5 清洗技木 268

9.5.3 电抛光 269

9.5.4 不锈钢、镍基合金、镍铁合金和镍钴合金的化学抛光 269

9.5.2 机械方法 269

9.5.1 不锈钢和低碳钢的酸洗 269

9.5.5 有色金属的清洗 270

9.5.6 溶剂清洗 270

9.5.7 生产程序和清洗步骤 271

9.5.8 大气的影响 271

9.5.9 原位置清洗法 271

10.1.2 爆炸和内爆的危险 274

10.1.1 机械的危险 274

10.1 安全性考虑与保护装置 274

第十章 真空系统的保护装置 274

10.1.3 磁铁的危险 275

10.1.4 电气的危险 275

10.1.5 热对操作人员的危险 276

10.1.6 射频辐射和微波辐射的危险 276

10.1.7 X射线 277

10.2 联锁装置及系统保护装置 277

11.1.1 表面积与容积的比值 279

11.1.2 泵的选择 279

11.1 概述 279

第十一章 高真空系统的设计 279

11.1.3 抽气或工艺过程抽气 280

11.2 金属系统 280

11.2.1 抽气系统的设计 281

第十二章 高真空系统的操作与维护 284

12.1 概述 284

12.2 高真空阀门的控制 284

12.3 机械泵 285

12.2.1 何时开启高真空阀门 285

12.4 扩散泵的维护 287

12.4.1 功率变化 288

12.4.2 安全、事故危险性与保护 288

12.4.3 扩散泵的操作规程 289

第十三章 可烘烤的超高真空系统的结构与性能 290

13.1 小型玻璃超高真空系统 290

13.2 小型“全金属”超高真空系统 290

13.2.1 制造还是购买？ 290

13.2.3 可用材料和结构方法 291

13.2.2 应用 291

13.2.4 表面积与容积的考察 292

13.2.5 特殊的抽气要求 292

13.2.6 流导问题 293

13.2.7 极限压强方面的性能 294

13.3 中型超高真空系统 295

13.3.1 应用与概述 295

13.3.2 可采用的材料与结构方法 295

13.3.3 特殊抽气要求 295

13.4.1 应用 296

13.4 大型超高真空系统 296

13.4.2 特殊抽气要求 296

13.3.4 压强和时间的函数关系 296

13.3.7 机械方面的限制 296

13.3.6 流导问题 296

13.3.5 残余气体的成分 296

第十四章 超高真空系统的设计、操作与维护的特殊要求 298

14.1 超高真空系统的烘烤：理论与实践 298

14.1.1 概述 298

14.1.2 烘烤温度 299

14.1.3 典型的烘烤过程中时间与温度的关系 300

14.1.4 各方面的热问题考虑 301

14.1.5 系统加热技术 301

14.1.6 循环系统 301

14.2 日常维护与清洗 302

14.2.1 清洁与清洗 302

14.2.2 日常的维护 304

15.1 概述 306

15.1.1 基本方程的回顾 306

第十五章 检漏和修补工艺 306

15.1.2 漏气的存在及其性质的确定 307

15.1.3 确定容许漏率 308

15.2 检漏设备的类型 309

15.2.1 检漏、漏孔定位及测量 309

15.2.2 检漏设备与检漏方法 309

15.3 特殊方法和问题 311

15.3.1 “氦罩”（Bagging）法 311

15.3.4 寻找虚漏 312

15.3.5 响应时间 312

15.3.3 氦渗透 312

15.3.2 “背压”（Bombing）法 312

15.4 修理工艺 313

15.4.1 概述 313

15.4.2 粗抽管道的漏气 313

15.4.3 超高真空室的漏气 314

15.4.4 气体输入系统的漏气 314

16.2.1 简单原理 315

16.2 真空蒸发技术 315

16.1.2 实验的选择 315

16.1.1 薄膜沉积参数 315

16.1 引言 315

第十六章 真空沉积技术 315

16.2.2 实验参数 316

16.2.3 用于蒸发沉积的材料 317

16.2.4 真空蒸发系统的几何结构、机械结构和电气结构 324

16.2.5 厚度监控 326

16.2.6 沉积过程 330

16.3.1 简单原理 332

16.3 真空溅射沉积 332

16.3.2 真空溅射沉积薄膜的组件 335

16.3.3 溅射装置 341

16.3.4 溅射技术的安全性考虑 346

16.4 真空蒸发和溅射技术的比较 346

16.4.1 真空蒸发技术的优点 346

16.4.2 真空蒸发技术的缺点 346

16.4.3 溅射沉积的优点 346

16.4.4 溅射沉积的缺点 347

附录 单位换算表 349