真空热处理与技术术语：实用数据解析

1.术语

①平均自由程（Mean free path）：气体或蒸气分子相互碰撞前飞行的平均距离。

②分子流（Molecular flow）：气体或蒸气通过管道时，如果管道通行截面的最大内径小于平均自由程，这时的气体流动称之谓分子流。

③粘滞流（Viscous flow）：如果气体或蒸气的平均自由程远小于管道的最小内部尺寸，则气体的流动取决于气体或蒸气的粘度。此时的气体流动称之谓粘滞流。其流动可以是层流，也可能是紊流。

④极限压力（Ultimate pressure）：一个真空系统在充足时间内排气，以致于进一步地减压可以忽略时所达到的压力极限。在进口堵塞的真空泵特殊情况下有时会使用“闭塞压力”的术语。

⑤抽气量（Throughput，Q）：单位时间通过给定截面真空泵或管道的气体或蒸气量，以每秒的压力和体积乘积来计量，单位是L·torr/s或L·mbar/s。

⑥通气量（Conductance，U）：在稳定态下，抽气量和系统分压差的比值，单位是L/s（指针对给定气体或蒸气的系统而言，即该量随气体种类、温度、除分子流区域外，还随气体压力而变化）。

⑦阻力或阻抗（Resistance或impedance，W）：通量值的倒数。

⑧时间常数（Time constant）：整个真空系统的流量和排气速度的比值，时间常数类似于排气速度，随气体或蒸气的类型而改变。

⑨背压（Backing pressure）：真空泵排气口压力。

⑩临界背压（Critical backing pressure）：在抽气量过大情况下，真空泵的高真空端发生压力突然增大时的背压值。对于一些真空泵，不会发生这种突然增大，不能精确测出这种压力。

(11)前级泵（Backing pump）：用来维持另一泵的背压，使其低于临界值的初级抽气泵。

(12)低真空泵（Roughing pump）：用于使真空系统从大气抽到运行泵（中间泵）可以工作的压力的真空泵。

(13)除气（Degassing）：在真空下把材料中的气体或蒸气仔细除去。

(14)放气（Outgassing）：在真空下从材料中自然放出气体或蒸气。

(15)吸气剂（Getter）：加入到真空泵系统中的一种材料，其目的是降低系统中某种气体的分压，经常用来除去密封系统中残留气体或蒸发气体。吸气剂经常被蒸发为薄膜。

(16)吸收器（Trap）：真空系统的一部分，独立于泵体，用来降低系统中气体或蒸气的分压。可采用冷凝、吸收或化学法。

(17)虚漏（Virtual leak）：由于系统内形成气体或蒸气造成漏气的虚假现象。

(18)维持泵（Holding pump）：小型附属的预抽泵，用于运行泵自系统隔离后代替运行泵，或当抽气量不能保证用主运行泵时就使用中间的预抽泵。

(19)喷射泵（Ejector pump）：是一种蒸发泵，适用于当气体分子靠粘滞流达到蒸发喷射时的压力条件。

(20)扩散泵（Diffusion pump）：是一种蒸发泵，当气体分子靠分子流达到蒸发压力状态时使用。

(21)气镇泵（Gas ballast pump）：是一种回转泵，可自动消除易冷凝蒸气，而不污染密封油，在压缩周期的开头喷入一定量的适宜气体。

(22)速率（Speed）：给定气体的泵速，是气体排气量和进口分压的比值，单位是L/s。

(23)回流气（Back streaming）：通过泵入口和排气反向的泵气流。

(24)皮拉尼真空计（Pirani Gauge）：感受元件靠电阻指示温度的一种热导仪。

(25)热电偶真空计（Thermocouple gauge）：感受元件靠热电偶指示温度的热导仪。

(26)电离式真空计（Ionization gauge）：在受控状态下用气体中产生的离子流来测试压力的表。

(27)麦克劳德压力表（McLeod gauge）：一种靠液位指示的真空计。对于遵守波义耳定律的气体，此真空计是一种测量绝对值的真空计。

(28)彭宁真空计（Penning gauge）：一种冷阴极电离真空计，以磁场来延长电子行程，从而增加所形成的离子数量。

(29)放射性电离真空计（Radioactive ionization gauge）：一种电离压力表，其电离是靠放射源的辐射形成的。

(30)漏气率（Leak-rate，符号L或QL）：气体从外部源在单位时间流向系统的量，单位是L·Torr/s或L·mbar/s。

(31)质谱仪（Mass spectrometer）：能从不同比例混合气体中选出离子化分子的仪器，可以测出各种气体在系统中的分压。

(32)真空熔融气体分析（Vacuum fusion gas analy-sis）：合金样品与碳或石墨接触，在真空中熔化时分析放出的气体，从而测出其中的氧、氮或氢。

2.真空计量单位

（1）真空度等级划分 见表10-15。

表10-15 真空度等级划分

（2）真空压力单位760torr=1atm（标准大气压）=1bar=1013250dyn/cm²

1torr=1mm（汞柱普通压力表）=1.3332×10²N/m²（Pa）=1.3332mbar

3.单位换算

（1）真空压力换算 见表10-16。

表10-16 压力单位换算

（2）真空排气量单位换算 见表10-17。

表10-17 真空排气量单位换算

（3）真空排气速率单位换算 见表10-18。

表10-18 真空排气速率单位换算

4.真空特性

（1）真空技术的压力范围及其特性 见表10-19。

（2）真空度和气体含水量的关系 见表10-20。

表10-19 真空技术的压力范围及其特性(www.xing528.com)

（续）

表10-20 真空度和气体含水量的关系

5.真空泵特性

（1）各种真空泵的工作压力范围 如图10-28所示。

图10-28 各种真空泵的工作压力范围

（2）主要类型高真空泵最大抽气速率和压力的关系 如图10-29所示。

图10-29 主要类型高真空泵最大抽气速率和压力的关系

（3）各种规格油扩散泵的无阻抽气速率 见表10-21。

表10-21 各种规格油扩散泵的无阻抽气速率

注：以上速率在10^-4～10^-5 torr时达到峰值，1torr=133Pa。

（4）各种真空泵组合的抽气真空度 见表10-22。

表10-22 各种真空泵组合的抽气真空度

6.真空工程计算

（1）管路工程的通气量 空气于20℃在圆管长程的通气量为：

式中，C_r为管路中的总通气量（L/s）；p为管路中的平均压力（μm Hg）；D为管直径（in）；L为管长（in）。（注：1in=25.4mm，1μmHg=10^-3 torr=0.133Pa。）

（2）真空抽气时管路通气量的变化 见表10-23和表10-24。

表10-23 真空抽气时管路中各种气体通气量的变化（20℃）

表10-24 不同温度下真空抽气时管路中气体通气量的变化

（3）泵速特性 泵速特性主要通过停机时间和热量的排除来衡量。

1）停机时间。把一个体积为V的容器用有效速率为S的泵从p₁的压力抽到p₂所需时间T可由下式计算：

式中的T、V和S用同一单位制。泵的有效速率S从下式求出

式中，S_p为泵的实际速率；C为连结管路、阀等的通量。

2）热量的排除。在分子流区域系统中存在的温度差别将导致其压力差别，可由下式计算：

式中，p₁在为T₁（K）温度点的压力；p₂为在T₂（K）温度点的压力。

（4）冷吸收速率 冷吸收器具有一个与其相关的速率，这是由于它和泵有类似的排除冷凝材料的事实所形成的，此吸收速率S由下式求出：

式中，S为吸收速率（L/s）；M为冷凝材料的相对分子质量；p₁为主系统中冷凝材料的分压；p₂为在吸收器温度下的冷凝材料蒸气压力；A为吸收器的有效面积（cm²）。

当p₂/p₁=0时具有最大的速率S，即

7.真空计和真空检漏

（1）真空计特性 见表10-25。

表10-25 真空计特性

注：1atm=1.01×10⁵ Pa；1mmHg=1torr=133Pa。

（2）真空检漏方法 见表10-26。

表10-26 真空检漏方法

注：1torr=133Pa；1atm=1.01×10⁵Pa。

①4根色柱上的数值是指检测器的压力范围，有些方法的检测器标示压力和工厂使用的检测器有所不同。