许多(duō)应用(yòng)，如真空冶金、空间模拟、分(fēn)析仪器、高能(néng)物(wù)理(lǐ)、電(diàn)子显微镜和分(fēn)子束外延 (MBE)等， 都需要高真空 (High Vacuum/HV) 或者超高真空 (Ultra High Vacuum/UHV) 的条件。

為(wèi)了避免误解，本文(wén)将 1E-3 mbar 至 1E-7 mbar 之间的压力范围定义為(wèi)高真空（HV），将 1E-7 mbar 至 1E-12 mbar 之间的压力范围定义為(wèi)超高真空（UHV）。

下面是获得高真空和超高真空时非常关键的几点。

真空系统的设计和制造

高真空超高真空系统的设计需要遵循一定的准则，特别是所使用(yòng)的材料和表面处理(lǐ)工(gōng)艺，比如：

•     腔體(tǐ)设计时要最小(xiǎo)化其内表面积

•     真空腔體(tǐ)和管道要使用(yòng)放气率低的材料，并尽量减少安(ān)装(zhuāng)或放置于其内部的高放气率材料（如橡胶、塑料、绝热纸等）

•     确保腔體(tǐ)内部没有(yǒu)死空间（例如螺纹盲孔），并尽量避免狭缝、毛细管等结构

•     减少密封件、馈通件等的数量

•     采用(yòng)金属密封结构

•     只能(néng)从内部焊接，由于位置、尺寸的限制必须从外部焊接时一定要焊透

•     合适的系统内部表面处理(lǐ)（如抛光、脱脂等）

•     严格的泄漏检测

保持系统清洁和充分(fēn)脱气

為(wèi)了达到极高的真空度，总气體(tǐ)负荷必须尽可(kě)能(néng)低。因此，在高真空超高真空条件下，系统的放气率需要尽可(kě)能(néng)的低（腔體(tǐ)设计时的许多(duō)准则，比如最小(xiǎo)化内表面积，都是為(wèi)了减少系统放气率）。

放气是溶解、吸附或夹杂在材料中(zhōng)的气體(tǐ)在真空环境下缓慢释放出来的过程，水、油污、密封剂、润滑剂和粘合剂是最常见的放气来源，而即使是金属和玻璃等固體(tǐ)，其材料表面或内部在真空下也会释放出气體(tǐ)。对高真空超高真空环境可(kě)能(néng)接触到的表面进行抛光、清洁或烘烤处理(lǐ)可(kě)以有(yǒu)效的减小(xiǎo)系统放气率，从而大大缩短达到目标压力所需要的时间。

高真空或超高真空系统需要破空时，应使用(yòng)干燥的氮气或空气，并尽量减少暴露在空气中(zhōng)的时间；系统長(cháng)期不用(yòng)时，最好在真空状态保存。

选择合适的真空泵

為(wèi)了高效的获得高真空或超高真空，首先需要选择至少一台真空泵作(zuò)為(wèi)主泵，真空泵种类很(hěn)多(duō)，选择合适的真空泵以获得最佳性能(néng)并尽量节省预算并不是一件简单的事情。

高真空或超高真空系统常见的主泵类型：

分(fēn)子泵，通过高速旋转的叶片或牵引盘来抽气。它可(kě)以在比较高的压力就开始工(gōng)作(zuò)，并在高真空和超高真空范围内提供稳定的抽速。它们的缺点是会产(chǎn)生振动，对轻质(zhì)气體(tǐ)的抽速会降低，对机械冲击和颗粒物(wù)污染也比较敏感。

离子泵，是捕获型真空泵，因為(wèi)它们没有(yǒu)活动部件，可(kě)靠性非常高，工(gōng)作(zuò)时也完全没有(yǒu)振动；寿命很(hěn)長(cháng)，并且几乎不需要维护；此外，离子泵可(kě)以耐受较大的辐射和磁场干扰，通过移除磁铁，它们可(kě)以被烘烤到 450°C，这对于有(yǒu)些超高真空系统是必不可(kě)少的。在实际的应用(yòng)中(zhōng)， 对追求超高真空并且很(hěn)少破空的应用(yòng)，一般建议选择二极离子泵；其它应用(yòng)建议选择 StarCell® 离子泵。（参考文(wén)章：二极泵、三极泵还有(yǒu) StarCell， 离子泵原理(lǐ)一次搞懂）

钛升华泵和 NEG 吸气剂泵，分(fēn)别利用(yòng)升华出来的新(xīn)鲜钛膜和吸气材料吸附活性气體(tǐ)来抽气，两种泵对活性气體(tǐ)的抽速都很(hěn)大，而对惰性气體(tǐ)完全没有(yǒu)抽速。另外，由于总抽气容量的原因，这两种泵都更适合工(gōng)作(zuò)在气量很(hěn)少的超高真空，特别是 NEG 吸气剂泵，当其容量耗尽时需要高温激活，而在激活时，之前吸附的气體(tǐ)会被释放出来，这意味着系统的超高真空将会被破坏。

复合离子泵，超高真空时系统的主要气载是氢气，好多(duō)时候也会有(yǒu)一定的比例的惰性气體(tǐ)，為(wèi)了达到更好的真空度，还经常会把 StarCell ®离子泵与对氢气抽速比较大的钛升华泵或者 NEG 吸气剂泵组合在一起使用(yòng)，即复合离子泵。

当主泵确认后，再根据主泵的特点和需求选择合适的前级泵，如隔膜泵、涡旋泵、涡轮分(fēn)子泵组等。為(wèi)了避免油蒸汽的污染，高真空超高真空系统一般会选择无油真空泵。

考虑流导的影响

根据定义，流导是指气體(tǐ)流量除以管道两端的压力差，因此，流导的单位与抽速（单位时间的體(tǐ)积）相同。

通过某段管道连接到系统的真空泵，其实际有(yǒu)效抽速不可(kě)能(néng)大于流导。

对于高真空和超高真空系统，真空泵与系统之间的流导至关重要，有(yǒu)时候甚至会成為(wèi)系统的瓶颈——由于流导的限制，无论如何增大真空泵的抽速，实际有(yǒu)效抽速都没有(yǒu)显著的增加。

综上所述，在设计或使用(yòng)高真空或超高真空系统时，请牢记这些注意事项，这是实现系统最佳性能(néng)和所需真空度的关键。