时间: 2024-09-04 16:32:58 | 作者: 快餐类
这个问题能说明题主缺乏真空的基本知识和基本概念。最近双十一，一门心思地写好物推荐啥的，也不太好意思，正好借这样的一个问题写点真空知识。盼@知乎科学斧正。
一个真空系统，它的气压不会随着抽气无限下降，它最终会达到一个平衡，即极限真空。此时真空系统的漏率（即从系统外漏进来的）、系统的内表面放气（系统内表面吸附的分子）和泵组的抽速达到平衡，气压基本保持稳定。而这个真空是需要用泵组维持的，此时如果关闭泵组，由于漏气和放气，真空度会变差。
为后文叙述方便，此处先就常见气压单位做个简介。气压的国际单位是帕斯卡，即Pa，1 Pa = 1 N·m^-2；一个大气压，即1 atm = 1*10^5 Pa；而真空领域更喜欢使用的单位是Torr和mBar。Torr即托里拆利（发明水银气压计的科学家），它是mmHg柱的同义词。mBar即毫巴（源自希腊语），1 Bar = 1 atm。所以 1 mBar = 100 Pa；1 Torr = 1.36 mBar。但由于讨论真空时，一般关注到数量级即可，mBar和Torr经常混用，两者也是真空领域最常用的气压单位。
一般来说，按照气压不同，真空可大致分为五个等级，粗线 mBar）、中度线 mBar）、超高线 mBar）；更特殊的还有极高真空（一般定义为 10^-12 mBar）。
机械泵是最常见的真空泵，它的种类纷繁复杂，但归根结底，都是通过机械压缩空气，将空气从真空系统中抽出。常见的机械泵通过转子和定子的相对运动工作；比较特殊的罗茨泵使用双转子模式。
机械泵的极限真空的限制因素一般是系统内的死空间和密封油的压力。前者能够最终靠提高加工精度减少，但不可消除；后者能够最终靠使用无油机械泵（即干泵）来消除。通过多级机械泵联用，也可以适当提供极限真空。
一般来说，机械泵可以达到粗真空和中度真空。这也是日常生产中最常见的真空量级，视频的真空包装、不严格的真空镀膜等，一般都在这个量级。
要获取更高的真空就需要使用分子泵。涡轮分子泵是目前常见的分子泵。分子泵的工作原理是，高速旋转的动叶片和静止的定叶片配合，给气体分子一个额外的速度，将其打出真空系统，从而被抽除。
使用分子泵需要特别注意，大量分子冲击叶片会对分子泵叶片造成损害。因此分子泵需要连接前级机械泵，只有在中度真空建立的条件下才能使用分子泵进行抽气。另外，抽气过程中，要特别注意不能引入强负载（即腔体内进入大量气体），否则有字面意义上的“泵毁人忘”的危险。（目前分子泵一般有耐冲击设计和停机保护，但低端分子泵确实存在叶片损坏，击穿泵体，飞出伤人的危险。）
使用分子泵一般可以抽到10^-8 mBar量级。此时腔体内壁的放气以成为限制真空度进一步降低的重要因素。我们一般会通过烘烤进一步提高真空度，即通过加热整个真空腔体，使内表面吸附的分子大量脱附，并被抽除。经过烘烤的系统，降温后，使用分子泵一般能抽到10^-9 mBar量级。
分子泵对轻气体的抽速一般较低，且会引入振动，也是实际使用中要注意的问题。
在高真空环境下，一般可以完成气相分子束实验，也可以完成绝大部分半导体、高端制药等行业的生产。
严格地讲，离子泵也是一种吸附泵。它通过高压放电，将空气电离，然后电离的空气会经过电场、磁场作用吸附在由金属钛构成的阴极板上。
传统的离子泵对稀有气体的抽速相当有限（或者说几乎没有），因此在使用离子泵维持真空时，一定要注意千万不要引入稀有气体负载。目前，增加对稀有气体的抽速是离子泵的主要研发方向。
离子泵是获取和维持超高真空的最常用手段。但它也有自己的局限性，离子泵会引入磁场，对磁场有严格要求的环境，离子泵就不大合适了。这时候一般会使用吸附泵。吸附泵一般分为两种，一种活泼金属来吸附腔内的空气分子；另一种则是低温泵，利用液氦或压缩机制冷，使用冷屏吸附腔体内分子，提高真空度。
注意，此处不是指直接使用离子泵或吸附泵来建立超高真空。超高真空环境需要在烘烤条件下用机械泵、分子泵、离子泵（吸附泵）逐步抽气建立，并最后使用离子泵（吸附泵）维持。
超高真空通常用于表面科学研究。首先超高真空有利于保持样品表面的清洁。其次超高真空环境保证了电子的长自由程，这是电子能谱技术方面的要求的。
真空系统还涉及到密封材料和方式的选择，选择正真适合的真空规做测量，残余气体分析，捡漏等问题。无聊的时候我可能再写点。也可以直接阅读真空教材。
下面这本书是真的全面而详细，绝大部分需要的知识都可以查阅到。就是不知道为啥不再版，网上卖的都是稀有货，价格有点高。