真空技术 第2版PDF电子书下载

绪论 1

0.1　真空状态的特点及真空技术的基本内容 1

0.2　真空度的单位及真空区域的划分 2

0.3　真空技术在科学研究及工业生产中的重要作用 6

第1章　真空技术的物理基础（一）——稀薄气体理论1.1　气体分子运动论的基本原理 9

1.1.1　气体基本定律 9

1.1.2　气体分子运动论基本假设 11

1.1.3　理想气体 12

1.1.4　数据举例 12

1.1.5　蒸汽 13

1.2　气体的压强 17

1.3 气体分子的速率分布——麦克斯韦速率分布律 20

1.3.1　三种代表性速率 23

1.3.2　分布函数 27

1.4　碰撞次数 30

1.5　平均自由程与碰撞截面 34

1.5.1　气体分子平均自由程 34

1.5.2　离子或电子在气体中的自由程 36

1.5.3　有效直径与有效截面 37

1.6　自由程长度分布律 41

1.7　电子在稀薄气体（真空）中的碰撞 43

1.7.1　漂移场与加速场下电子的碰撞 44

1.7.2　加速场下电子在电极间的碰撞次数分布律 45

1.8　电子碰撞分子（原子）电离和裂解 48

1.8.1　电子碰撞原子／分子电离 48

1.8.2　电子碰撞分子碎裂 51

1.9　稀薄气体（真空）中的电子繁流现象 57

1.9.1　最简模型的繁流公式 58

1.9.2　模型二的繁流公式 59

1.9.3　模型三的繁流公式 59

1.10　单位时间碰壁数 60

1.11　分子从表面的反射——余弦定律（克努曾定律） 63

1.12　气体中的输运现象·输运方程 64

1.13　常压下气体的热传导 66

1.14　常压下气体中的内摩擦 72

1.15　气体自扩散 76

1.16　气体互扩散 78

1.17　滑动现象 82

1.18　温度剧增现象 86

1.19　低压气体中的输运现象 90

1.19.1　低压气体外摩擦（自由分子黏滞性） 90

1.19.2　低压气体热传导（自由分子热传导） 91

1.20　热流逸现象 95

1.20.1　平衡情况 96

1.20.2　热流逸现象 97

1.21　分子辐射计力 98

1.22　气体在管道中的黏滞性流动——泊肃叶（poisseuille）公式 100

1.23　气体在管道中的分子性流动——克努曾（knudsen）公式 103

1.24　气体通过小孔的流动 104

1.25　流导与流阻、传输几率 105

1.25.1　管道的流导 105

1.25.2　孔眼的流导 106

1.25.3　并联与串联 106

1.25.4　传输几率 107

1.25.5　流量恒定关系 107

参考文献 108

习题 109

第2章　真空技术的物理基础（二）——固体—气体间的现象2.1　概述 115

2.2　固体及其表面 116

2.3　固体表面对气体分子的作用力 117

2.3.1　两个分子间的相互作用力 118

2.3.2 固体表面对气体分子的作用力——物理吸附与化学吸附 118

2.4　物理吸附与化学吸附 119

2.4.1　物理吸附 120

2.4.2　化学吸附 122

2.4.3　吸附态 126

2.5　吸附速率 127

2.5.1　吸附速率方程 127

2.5.2　决定吸附几率大小的因素 128

2.6　脱附速率 129

2.7　吸附等温线 131

2.8　朗谬尔吸附等温线 135

2.9　吸附分子的表面迁移 137

2.10　多分子层吸附等温线（BET等温线） 139

2.11　其他吸附等温式 143

2.11.1　其他的化学吸附等温式 144

2.11.2　其他的物理吸附等温式 146

2.12　多孔材料的吸附——毛细管效应 148

2.13　低温表面的吸附 151

2.14　表面吸附气体的置换 153

2.15　管道有吸附作用时的非稳定气体流 156

2.16　气体在固体中的溶解、渗透与扩散 159

2.16.1　吸收与溶解 159

2.16.2　亨利定律——溶解气体浓度与压强的关系 160

2.16.3　费克定律——溶解气体在固体中的扩散 161

2.16.4　非稳定过程 165

2.17　电子轰击气—固界面 168

2.17.1　电子从表面的散射 168

2.17.2 电子碰撞脱附 170

2.17.3　电子碰撞脱附理论 177

2.18　离子轰击气—固界面 178

2.18.1　背散射 179

2.18.2　溅射 181

2.18.3　气体溅射 186

2.18.4　俘获与再释 188

2.18.5　溅射理论简介 190

2.19　表面化学反应 196

2.19.1 中性气体与表面的反应 196

2.19.2　激励化学反应 202

2.20　真空蒸发与成膜 210

2.20.1　真空蒸发成膜 210

2.20.2　脉冲激光沉积 216

参考文献 223

习题 225

第3章　真空获得 228

3.1　概述 228

3.1.1　真空泵的基本参数 229

3.1.2　时间常数τ与排气时间 230

3.1.3　排气状态微分方程及求解 231

3.2　机械真空泵 233

3.2.1　旋片式机械真空泵工作原理 233

3.2.2　泵的特性和运用 236

3.2.3　其他类型机械泵 238

3.3　蒸汽流扩散泵 243

3.3.1　扩散泵的工作原理 243

3.3.2　主要型式及扩散泵油 247

3.3.3　扩散泵的实际特性与运用 249

3.4　低温吸附泵 253

3.4.1　分子筛的物理特性 253

3.4.2　分子筛吸附泵的工作原理 255

3.4.3　使用注意事项 258

3.5　吸气剂泵 258

3.5.1　升华泵的工作原理 258

3.5.2　升华泵抽速与压强的关系 260

3.5.3　升华泵的运用 261

3.5.4　非蒸散型吸气剂泵 261

3.6　热阴极吸气离子泵 264

3.6.1　电清除作用 264

3.6.2　热阴极吸气离子泵的构造原理 264

3.6.3　泵的特性和运用 265

3.7　溅射离子泵 266

3.7.1　溅射离子泵的工作原理 266

3.7.2　潘宁（Penning）放电 268

3.7.3　溅射离子泵的特性 270

3.7.4　溅射离子泵的运用 273

3.8　涡轮分子泵 274

3.8.1　涡轮分子泵的工作原理 274

3.8.2　基本结构 277

3.8.3　特性 279

3.8.4　运用 281

3.9　低温泵 282

3.9.1　工作原理 282

3.9.2　典型结构 282

3.9.3　理论分析 284

3.9.4　实际性能及其他 286

3.10　超高真空获得技术 287

3.10.1　影响极限压强的因素 287

3.10.2　材料的选择及处理 288

3.10.3　泵的选用 289

3.10.4　获得超高真空的其他有关措施 289

参考文献 292

习题 294

第4章　真空的总压强测量 297

4.1　概述 297

4.2　液体压强计和压缩真空计 299

4.2.1　U形真空计 299

4.2.2　压缩真空计（麦克劳真空计） 301

4.3　弹性变形真空计 305

4.4　电容薄膜真空计 306

4.4.1　原理及相关技术 306

4.4.2　规头（gauge head）和传感器（transducer） 310

4.4.3　安装、使用和维护 312

4.5　黏滞真空计 314

4.5.1　磁悬浮转子真空计 315

4.5.2　石英晶体振荡黏滞真空计 321

4.5.3　振膜真空计 322

4.6　压敏电阻真空计 323

4.6.1　工作原理 323

4.6.2　电路原理简介 324

4.6.3　性能 324

4.6.4　使用 324

4.6.5　新发展 324

4.7　热传导真空计 326

4.7.1　工作原理 326

4.7.2　理论分析 326

4.7.3　电阻真空计 328

4.7.4　热电偶真空计 332

4.7.5　热传导真空计的测量范围 334

4.7.6　热电偶真空计与电阻真空计的比较 336

4.7.7　热传导真空计的其他形式 337

4.7.8　热传导真空计应用中的一些实际问题 337

4.7.9　热传导真空计的优缺点 338

4.7.10　热对流真空计 339

4.8　热阴极电离真空计 340

4.8.1　基本原理 340

4.8.2　规管及其电性能 342

4.8.3　校准曲线及测量范围 344

4.8.4　电离真空计理论 346

4.8.5　高真空电离计电源 350

4.8.6　电离真空计的使用 350

4.8.7　电离真空计的优缺点 351

4.9　高压强电离真空计 352

4.9.1　史朱兹和菲尔普斯（Schulz and Phelps）规 352

4.9.2　畴莫夫（Choumoff）规 353

4.9.3　郭氏规 353

4.9.4　高压强电离真空计理论 354

4.10　热阴极超高真空电离计 358

4.10.1　原理及B-A规 358

4.10.2　超高真空热阴极电离规中的一些现象 362

4.10.3　裸规效应 364

4.10.4　超高真空电离计的电源 364

4.10.5　抑制规 365

4.10.6　分离规 367

4.10.7　弯注抑制规 368

4.10.8　欧米加质谱计型规 370

4.10.9　热阴极磁控管式电离规 371

4.10.10　弹道电离规 372

4.10.11　调制电离规 373

4.11 自持放电型真空计 374

4.11.1　放电管真空指示器 374

4.11.2　磁控放电真空计 375

4.11.3　倒置磁控管式真空计 377

4.11.4　磁控管式真空计 379

4.12　其他真空计及测量真空的方法 380

4.12.1　克努曾（Knudsen）真空计 380

4.12.2　放射能电离真空计 382

4.12.3　测量真空的其他方法 383

4.13　电真空器件内部真空度的测量 384

4.14　流量计 385

4.14.1　流量（throughput）、质量流（mass flow）、摩尔流（molar flow） 386

4.14.2　转子流量计 387

4.14.3　扼流方法 388

4.14.4　差分压强技术 389

4.14.5　热质量流技术 390

4.14.6　性能比较 394

4.15　相对真空计的校准 394

4.15.1　静态校计法 394

4.15.2　动态校计法 396

4.16　真空测量技术 398

4.16.1　真空计的选择 398

4.16.2　规管的安装位置 399

4.16.3　真空规管连接管开口的方向 400

4.16.4　测量时有关注意事项 400

参考文献 401

习题 402

第5章　真空的分压强测量 407

5.1　分压强测量的基本概念 407

5.1.1　质谱的基本概念 407

5.1.2 如何实现质谱 407

5.1.3　质谱计的主要性能指标 409

5.2　离子源和离子检测器 412

5.2.1　常用离子源结构及工作原理 412

5.2.2　离子检测器 413

5.3　磁偏转质谱计 417

5.3.1　180°磁偏转质谱计 417

5.3.2　扇形磁偏转质谱计 418

5.4　回旋质谱计 420

5.5　飞行时间质谱计 421

5.5.1　结构及工作原理 421

5.5.2　飞行时间质谱计的特点 423

5.5.3　小型飞行时间质谱计的发展 423

5.6　四极质谱计 425

5.6.1　结构及工作原理 425

5.6.2　四极质谱计性能指标 428

5.6.3　其他类型的四极质谱计 429

5.6.4　四极质谱计的发展 430

5.7　质谱数据分析方法 433

5.7.1　质谱数据表示方式 433

5.7.2　图形系数 434

5.7.3　谱图定性分析方法（识谱） 444

5.7.4　谱图的定量分析方法 444

5.8　质谱计的安装与运用 445

5.8.1　高真空系统 445

5.8.2　差分排气技术 446

5.8.3　极微流量阀法 449

参考文献 451

习题 452

第6章　真空检漏技术 455

6.1　概述 455

6.1.1　真空检漏的重要意义 455

6.1.2　真空系统漏气的判断 456

6.1.3　漏孔漏率的定义 457

6.1.4　最大允许漏率 460

6.2　检漏基本原理 461

6.2.1　压强差的利用 461

6.2.2　示漏气体与探测器 461

6.2.3　检漏方法的响应过程 463

6.2.4　有关效应的利用 464

6.2.5　检漏器的性能指标 464

6.3　压力检漏法 465

6.3.1　充压检漏法 465

6.3.2　卤素检漏法 465

6.3.3　氨检漏法 466

6.4　真空检漏法 466

6.4.1　高频火花检漏法 467

6.4.2　真空计检漏法 467

6.5　质谱检漏法 468

6.5.1　工作原理 468

6.5.2　质谱检漏仪器 469

6.5.3　质谱检漏仪的性能指标 473

6.5.4　检漏方法 478

6.6　其他检漏方法 486

6.7　参考漏孔、漏气量的测定 488

6.7.1　参考漏孔及其类型 488

6.7.2　参考漏孔校准方法 490

6.7.3 正压漏孔及其校准 494

参考文献 496

习题 497

第7章　真空系统 499

7.1　概述 499

7.2　真空系统的材料 500

7.2.1　结构材料 500

7.2.2　辅助结构材料（弹性体、绝缘体） 503

7.2.3　真空密封物质 508

7.2.4　润滑剂 512

7.3　真空系统的零件 514

7.3.1　隔膜阀门 515

7.3.2　盖板阀（盘阀） 515

7.3.3　球阀 516

7.3.4　门阀 516

7.3.5　翻板阀 517

7.3.6　蝶阀 517

7.3.7　似蝶阀 518

7.3.8　摆阀 518

7.3.9　微调真空阀（针状阀门） 520

7.3.10　电磁阀 520

7.3.11　超高真空阀门 521

7.3.12　玻璃真空活栓 522

7.3.13　无油玻璃真空活栓 522

7.3.14　真空搬运机器人 524

7.3.15　选用真空阀门应注意的事项 525

7.4　真空系统的组装技术 525

7.4.1　不可拆的（永久的）连接 525

7.4.2　可拆卸连接 528

7.4.3　真空密封下可动的连接（向真空中传递运动） 529

7.4.4　样品送入机构（真空锁） 532

7.5　真空系统及真空设备举例 533

7.5.1　低真空系统 533

7.5.2　高真空系统 534

7.5.3　超高真空系统 535

7.5.4　真空设备 536

7.5.5　磁约束聚变装置 538

7.6　真空机组 539

7.6.1　低真空机组（一）——含油机组 539

7.6.2　低真空机组（二）——干式（无油）机组 542

7.6.3　高真空机组（一）——扩散泵机组 544

7.6.4　高真空机组（二）——分子泵机组 544

7.6.5　超高真空机组 546

7.7　真空系统的调试、维护 547

7.7.1　玻璃真空系统的调试、维护 547

7.7.2　金属真空系统的调试、维护 547

7.8　真空系统计算基础 548

7.8.1　真空系统的抽气方程 548

7.8.2　稳定流动的计算 549

7.8.3　流导的计算 552

7.8.4　稳定流动的计算（示例） 558

7.8.5　非稳定流动的计算（示例） 560

7.8.6　计算示例 566

参考文献 569

习题 570