真空技(jì )术是一门基础科(kē)學(xué)技(jì )术，在各行各业都有(yǒu)着广泛的应用(yòng)，例如半导體(tǐ)制造、航空航天、太阳能(néng)光伏、真空镀膜等等。本文(wén)汇编了一些常用(yòng)真空术语，方便大家进一步了解真空技(jì )术。
真空基础知识
目前业内的真空测量设备，粗真空环境或正压环境一般使用(yòng)相对真空度，高真空和超高真空环境一般使用(yòng)的是绝对真空度，具(jù)體(tǐ)请参照仪表说明书。
為(wèi)了便于理(lǐ)解，下图是当地大气压為(wèi)一个标准大气压时，相对真空度和绝对真空度的运算关系：
1、真空
在给定的空间内低于一个大气压力的气體(tǐ)状态，是一种物(wù)理(lǐ)现象。
2、真空度
处于真空状态下的气體(tǐ)稀薄程度，通常用(yòng)“真空度高”和“真空度低”来表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。
3、极限真空
真空容器经充分(fēn)抽气后，稳定在某一真空度，此真空度称為(wèi)极限真空。通常真空容器须经12小(xiǎo)时炼气，再经12小(xiǎo)时抽真空，最后一个小(xiǎo)时每隔10分(fēn)钟测量一次，取其10次的平均值為(wèi)极限真空值。
真空获得技(jì )术
1、流量
在真空泵的吸气口处，单位时间内流过的气體(tǐ)量称為(wèi)泵的流量，符号用(yòng)“Q”表示，其单位為(wèi)Pa·m3/s或Pa·L/s。
2、流导
表示真空管道通过气體(tǐ)的能(néng)力。单位為(wèi)升/秒(miǎo)（L/s），在稳定状态下，管道流导等于管道流量除以管道两端压强差。符号记作(zuò)“U”。
U＝Q / (P2- P1)
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。
● 管路的流导
管路的流导即管路的通导能(néng)力，表示气流在管路中(zhōng)的通过能(néng)力。当管路两端存在压力差(P2- P1)，流经管路的气體(tǐ)流量為(wèi)Q时，则管路流导U的定义式為(wèi):
U＝Q / (P2- P1) 其中(zhōng)U是通导，Q是气體(tǐ)流量，P2和P1是管道两端的压强差。 由上式可(kě)知，管路的流导是在单位压差下，流经管路的气體(tǐ)體(tǐ)积流量，其单位為(wèi)m/s,或用(yòng)L/s表示。真空系统中(zhōng)的各元件，如管道、阀门、捕集器、除尘器等都希望流导尽可(kě)能(néng)大，以使气體(tǐ)能(néng)顺利通过。因此，流导是真空系统元件设计计算的重要参数。
通导是指真空系统中(zhōng)各部分(fēn)对气體(tǐ)流动的阻碍程度。它与管道的長(cháng)度、截面积、形状、粗糙度、弯曲程度等有(yǒu)关。
例如，如果一个管道的長(cháng)度為(wèi)1米，截面积為(wèi)0.01平方米，两端的压强分(fēn)别為(wèi)10千帕和1千帕，每秒(miǎo)通过的气體(tǐ)流量為(wèi)0.1升，那么它的通导為(wèi)0.01升/秒(miǎo)。
3、抽气速率
单位时间内流过泵入口的气體(tǐ)體(tǐ)积 称為(wèi)泵的抽气速率，抽气速率的单位為(wèi)m3/s或L/s，用(yòng)S表示。
一般真空泵的抽气速率与气體(tǐ)种类有(yǒu)关，因此给定的泵的抽气速率均表示对某种气體(tǐ)的抽气速率，如无特殊标明，多(duō)指对空气的抽气速率。
泵对给定气體(tǐ)A的抽气速率SA為(wèi)气體(tǐ)A流过泵入口的流量QA与气體(tǐ)A的分(fēn)压力pA的比值如下式所示：
SA=QA / pA
抽速是指真空泵在单位时间内从真空系统中(zhōng)抽出的气體(tǐ)體(tǐ)积。它与真空泵的类型、结构、工(gōng)作(zuò)参数和真空度有(yǒu)关。例如，如果一个真空泵在1千帕的压强下，每秒(miǎo)可(kě)以抽出1升的气體(tǐ)，那么它的抽速為(wèi)1升/秒(miǎo)
4、抽速系数
泵的实际抽气速率与泵入口面积按分(fēn)子泻流计算的理(lǐ)论抽气速率之比。
5、启动压力
泵无损坏启动并有(yǒu)抽气作(zuò)用(yòng)时的压力，其单位為(wèi)Pa。
6、前级压力
排气压力低于101.325kPa的真空泵的出口压力，其单位是Pa。
7、最大前级压力
超过了它能(néng)使泵损坏的前级压力，其单位是Pa。
8、最大工(gōng)作(zuò)压力
对应最大抽气量的入口压力，在此压力下，泵能(néng)连续工(gōng)作(zuò)而不恶化或损坏，其单位是Pa。
9、返流率
泵按规定条件工(gōng)作(zuò)时，与抽气方向相反而通过泵入口单位面积、单位时间的泵液的质(zhì)量流，其单位是g/（cm2·s）。
10、冷阱（水冷挡板）
置于真空容器和泵之间，用(yòng)于吸附气體(tǐ)或捕集油蒸汽的装(zhuāng)置。
11、真空泵的应用(yòng)
根据真空泵的性能(néng)，在各种应用(yòng)的真空系统中(zhōng)可(kě)扮演以下各种角色。
❶ 主泵：在真空系统中(zhōng)，用(yòng)来获得所要求的真空度的真空泵。
❷ 粗抽泵：从大气压开始，降低系统的压力达到另一抽气系统开始工(gōng)作(zuò)的真空泵。
❸ 前级泵：用(yòng)以使另一个泵的前级压力维持在其最高许可(kě)的前级压力以下的真空泵。前级泵也可(kě)以做粗抽泵使用(yòng)。
❹ 维持泵：在真空系统中(zhōng)，当抽气量很(hěn)小(xiǎo)时，不能(néng)有(yǒu)效地利用(yòng)主要前级泵，為(wèi)此，在真空系统中(zhōng)配置一种容量较小(xiǎo)的辅助前级泵，维持主泵正常工(gōng)作(zuò)或维持已抽空的容器所需之低压的真空泵。
❺ 粗(低)真空泵：从大气压开始，降低容器压力且工(gōng)作(zuò)在低真空范围的真空泵。
❻ 高真空泵：在高真空范围内工(gōng)作(zuò)的真空泵。
❼ 超高真空泵：在超高真空范围内工(gōng)作(zuò)的真空泵。
❽ 增压泵：装(zhuāng)于高真空泵和低真空泵之间，用(yòng)来提高抽气系统在中(zhōng)间压力范围内的抽气量或降低前级泵容量要求的真空泵(如机械增压泵和油增压泵等)。
真空计算公(gōng)式
1 玻义尔定律
玻义尔定律是描述理(lǐ)想气體(tǐ)在恒温条件下，压强和體(tǐ)积成反比的定律。它的数學(xué)表达式為(wèi)：
P1V1 = P2V2
其中(zhōng)，P1和V1是气體(tǐ)的初始压强和體(tǐ)积，P2和V2是气體(tǐ)的最终压强和體(tǐ)积。例如，如果一个容器中(zhōng)有(yǒu)1升的气體(tǐ)，压强為(wèi)1大气压（101.3千帕），那么当我们将容器的體(tǐ)积减少到0.5升时，气體(tǐ)的压强将增加到2大气压（202.6千帕）。
2 盖·吕萨克定律
盖·吕萨克定律是描述理(lǐ)想气體(tǐ)在恒容条件下，压强和温度成正比的定律。它的数學(xué)表达式為(wèi)： P1 / T1 = P2 / T2 其中(zhōng)，P1和T1是气體(tǐ)的初始压强和绝对温度（开尔文(wén)），P2 和T2是气體(tǐ)的最终压强和绝对温度。 例如，如果一个容器中(zhōng)有(yǒu)1升的气體(tǐ)，压强為(wèi)1大气压（101.3千帕），温度為(wèi)273K（0℃），那么当我们将容器的温度升高到546K（273℃）时，气體(tǐ)的压强将增加到2大气压（202.6千帕）。 3 查理(lǐ)定律 查理(lǐ)定律是描述理(lǐ)想气體(tǐ)在恒压条件下，體(tǐ)积和温度成正比的定律。它的数學(xué)表达式為(wèi)： V1 / T1 = V2 / T2 其中(zhōng)，V1和T1是气體(tǐ)的初始體(tǐ)积和绝对温度，V2和T2是气體(tǐ)的最终體(tǐ)积和绝对温度。 例如，如果一个容器中(zhōng)有(yǒu)1升的气體(tǐ)，压强為(wèi)1大气压（101.3千帕），温度為(wèi)273K（0℃），那么当我们将容器的温度升高到546K（273℃）时，气體(tǐ)的體(tǐ)积将增加到2升。 4 平均自由程 平均自由程是指分(fēn)子在相互碰撞之间所行进的平均距离。它与分(fēn)子的密度、速率和截面积有(yǒu)关。它的数學(xué)表达式為(wèi)： λ = KT/(√(2)πd2P) 其中(zhōng)，λ是平均自由程，K是玻尔兹曼常数（1.38×10-23 J/K），T是绝对温度，d是分(fēn)子直径，P是分(fēn)子压强。 例如，对于空气分(fēn)子，在标准状态下（101.3千帕，273K），其平均自由程约為(wèi)6.6×10-8 m；而在高真空状态下（10-6 千帕），其平均自由程约為(wèi)66m。 5 抽速 抽速是指真空泵在单位时间内从真空系统中(zhōng)抽出的气體(tǐ)體(tǐ)积。它与真空泵的类型、结构、工(gōng)作(zuò)参数和真空度有(yǒu)关。它的数學(xué)表达式為(wèi)： S = Q / P 其中(zhōng)，S是抽速，Q是气體(tǐ)流量，P是气體(tǐ)压强。 例如，如果一个真空泵在1千帕的压强下，每秒(miǎo)可(kě)以抽出1升的气體(tǐ)，那么它的抽速為(wèi)1升/秒(miǎo)。 6 通导 通导是指真空系统中(zhōng)各部分(fēn)对气體(tǐ)流动的阻碍程度。它与管道的長(cháng)度、截面积、形状、粗糙度、弯曲程度等有(yǒu)关。它的数學(xué)表达式為(wèi)： C = Q / (P2-P1) 其中(zhōng)，C是通导，Q是气體(tǐ)流量，P2和P1是管道两端的压强差。 例如，如果一个管道的長(cháng)度為(wèi)1米，截面积為(wèi)0.01平方米，两端的压强分(fēn)别為(wèi)10千帕和1千帕，每秒(miǎo)通过的气體(tǐ)流量為(wèi)0.1升，那么它的通导為(wèi)0.01升/秒(miǎo)。 7 真空抽气时间 真空抽气时间（pumping time）是指从初始压强到达目标压强所需要的时间。它与真空系统的容积、初始压强、目标压强、抽速、通导、漏率等有(yǒu)关。它的数學(xué)表达式為(wèi)： t = Vln(P0 / Pf) / (S-CL) 其中(zhōng)，t是真空抽气时间，V是真空系统的容积，P0是初始压强，Pf是目标压强，S是抽速，C是通导，L是漏率。 例如，如果一个真空系统的容积為(wèi)10升，初始压强為(wèi)101.3千帕，目标压强為(wèi)10-3千帕，抽速為(wèi)10升/秒(miǎo)，通导為(wèi)5升/秒(miǎo)，漏率為(wèi)10-6升/秒(miǎo)，那么它的真空抽气时间约為(wèi)23.5秒(miǎo)。 8 维持泵 维持泵是指用(yòng)于维持高真空或超高真空状态的真空泵。它与真空系统的容积、目标压强、漏率等有(yǒu)关。它的数學(xué)表达式為(wèi)： S = VL / P 其中(zhōng)，S是维持泵的最小(xiǎo)抽速，V是真空系统的容积，L是漏率，P是目标压强。 例如，如果一个真空系统的容积為(wèi)10升，目标压强為(wèi)10-9千帕，漏率為(wèi)10-12升/秒(miǎo)，那么它需要的维持泵的最小(xiǎo)抽速约為(wèi)10-3升/秒(miǎo)。 9 扩散泵抽速 扩散泵的抽速与其口径、工(gōng)作(zuò)流體(tǐ)和前级泵的抽速有(yǒu)关。一般情况下，可(kě)以用(yòng)下面的公(gōng)式估算扩散泵的抽速： Sd = 0.5D2KSp 其中(zhōng)，Sd是扩散泵的抽速（L/s），D是扩散泵的口径（cm），K是工(gōng)作(zuò)流體(tǐ)的系数（对于硅油為(wèi)0.6，对于水银為(wèi)0.4），Sp是前级泵的抽速（L/s）。 10 罗茨泵的前级抽速 罗茨泵是一种容积式真空泵，它需要配合前级泵使用(yòng)，以达到较高的极限压强。罗茨泵的前级抽速应满足下面的条件： Sp ≥ SrPr / Pe 其中(zhōng)，Sp是前级泵的抽速（L/s），Sr是罗茨泵的几何抽速（L/s），Pr是罗茨泵的极限压强（Pa），Pe是罗茨泵的出口压强（Pa）。 11 漏率 漏率是指真空系统中(zhōng)由于密封不严或其他(tā)原因而进入系统的气體(tǐ)流量，它直接影响了真空系统的性能(néng)和稳定性。漏率可(kě)以用(yòng)下面的公(gōng)式计算： Q = S(P2-P1) / (t2-t1) 其中(zhōng)，Q是漏率（Pa·L/s），S是系统的有(yǒu)效抽速（L/s），P1是系统内部的压强（Pa），P2是系统外部的压强（Pa）。 12 粗抽泵抽速 粗抽泵是指用(yòng)于从大气压或较高压力下抽取气體(tǐ)到中(zhōng)等或低压區(qū)域的真空泵，如旋片泵、滑片泵、液环泵等。粗抽泵的抽速选择应考虑以下因素： 1 系统的容积：系统容积越大，所需抽速越大； 2 系统的漏率：系统漏率越大，所需抽速越大； 3 系统的工(gōng)作(zuò)压力：工(gōng)作(zuò)压力越低，所需抽速越大； 4 系统中(zhōng)存在的气體(tǐ)种类和量：不同气體(tǐ)对真空泵有(yǒu)不同的影响，如水蒸气会降低旋片泵的极限压强，氢气会增加扩散泵的负载等； 5 系统的工(gōng)作(zuò)时间：工(gōng)作(zuò)时间越長(cháng)，所需抽速越大。 根据以上因素，可(kě)以用(yòng)下面的公(gōng)式估算粗抽泵的最小(xiǎo)抽速： Sp ≥ V / t ln(P0 / P1) + Q 其中(zhōng)，Sp是粗抽泵的最小(xiǎo)抽速（L/s），V是系统容积（L），t是预定达到工(gōng)作(zuò)压力所需时间（s），P0是初始压力（Pa），P1是工(gōng)作(zuò)压力（Pa），Q是系统漏率（Pa·L/s）。 13 前级泵抽速 前级泵是指用(yòng)于从中(zhōng)等或低压區(qū)域抽取气體(tǐ)到高真空或超高真空區(qū)域的真空泵，如分(fēn)子泵、扩散泵、吸附泵等。前级泵的抽速选择应考虑以下因素： 1 后级泵的抽速：后级泵的抽速越大，所需前级泵抽速越大； 2 后级泵的极限压强：后级泵的极限压强越低，所需前级泵抽速越大； 3 前级泵的极限压强：前级泵的极限压强越高，所需前级泵抽速越小(xiǎo)； 4 系统的漏率：系统漏率越大，所需前级泵抽速越大； 5 系统中(zhōng)存在的气體(tǐ)种类和量：不同气體(tǐ)对真空泵有(yǒu)不同的影响，如水蒸气会降低扩散泵的极限压强，氢气会增加分(fēn)子泵的负载等； 6 系统的工(gōng)作(zuò)时间：工(gōng)作(zuò)时间越長(cháng)，所需前级泵抽速越大。 根据以上因素，可(kě)以用(yòng)下面的公(gōng)式估算前级泵的最小(xiǎo)抽速： Sp ≥ Sb * Pb / Pe + Q 其中(zhōng)，Sp是前级泵的最小(xiǎo)抽速（L/s），Sb是后级泵的抽速（L/s），Pb是后级泵的极限压强（Pa），Pe是前级泵的出口压强（Pa），Q是系统漏率（Pa·L/s）。 14 扩散泵抽速计算 扩散泵是一种动量转移式真空泵，它利用(yòng)高速喷射的工(gōng)作(zuò)流體(tǐ)将气體(tǐ)分(fēn)子从低压區(qū)域输送到高压區(qū)域。扩散泵的抽速与其结构、工(gōng)作(zuò)流體(tǐ)和工(gōng)作(zuò)条件有(yǒu)关。扩散泵的抽速可(kě)以用(yòng)下面的公(gōng)式计算： Sd = Cd A sqrt (2RT / M) 其中(zhōng)，Sd是扩散泵的抽速（L/s），Cd是扩散喷嘴的放大系数（一般為(wèi)3~5），A是扩散喷嘴的出口面积（m2），R是气體(tǐ)常数（8.314 J/mol·K），T是工(gōng)作(zuò)流體(tǐ)的温度（K），M是工(gōng)作(zuò)流體(tǐ)的摩尔质(zhì)量（kg/mol）。 15 旋片真空泵的几何抽速计算 旋片真空泵是一种容积式真空泵，它利用(yòng)旋转的叶片将气體(tǐ)从进口端吸入，并在出口端排出。旋片真空泵的几何抽速与其结构和转速有(yǒu)关。旋片真空泵的几何抽速可(kě)以用(yòng)下面的公(gōng)式计算： Sr = V n / 60 其中(zhōng)，Sr是旋片真空泵的几何抽速（L/s），V是旋片真空泵每转一周所排出气體(tǐ)的容积（L），n是旋片真空泵的转速（rpm）。 16 O型橡胶槽深 槽深应该是橡胶直径的0.7倍左右，以保证密封效果。槽宽C＝1.6B，即槽宽应该是槽深的1.6倍左右，以保证橡胶有(yǒu)足够的空间变形，其计算工(gōng)试為(wèi)： B＝0.7D 其中(zhōng)，B是槽深，D是橡胶直径。这个公(gōng)式的依据是，当O型橡胶受到压力时，它会发生变形，变形后的截面积应该保持不变。 例如，如果一个O型橡胶直径為(wèi)10mm，那么它的槽深应该是B＝0.7×10＝7mm，槽宽应该是C＝1.6×7＝11.2mm。 17 槽深 槽深应该是方形橡胶边長(cháng)的0.8倍左右，以保证密封效果。槽宽C＝1.67B，即槽宽应该是槽深的1.67倍左右，以保证橡胶有(yǒu)足够的空间变形，其计算工(gōng)试為(wèi)： B＝0.8A 其中(zhōng)，B是槽深，A是方形橡胶边長(cháng)。这个公(gōng)式的依据也是，当方形橡胶受到压力时，它会发生变形，变形后的截面积应该保持不变。 例如，如果一个方形橡胶边長(cháng)為(wèi)10mm，那么它的槽深应该是B＝0.8×10＝8mm，槽宽应该是C＝1.67×8＝13.36mm。
