第1章-真空技术基础ppt课件.ppt

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1、本课程讨论的对象：什么是薄膜（Thinfilm）？本课程的讨论对象是什么？①相对尺度：某一维尺寸<<其余二维尺寸；②绝对尺度：在此维度上材料厚度<1~5m，厚度>5m的沉积层叫什么？一般称为涂层(Coatings)具有结构/功能特性的固态薄膜（thinsolidfilms）！本课程的研究内容薄膜材料与技术1真空技术基础真空与薄膜材料与技术有何关系？几乎所有的现代薄膜材料制备都需要在真空或较低的气压条件下进行都涉及真空下气相的产生、输运和反应过程了解真空的基本概念和知识，掌握真空的获得和测量技术基础知识是了解薄膜材料制备技术的基础！1.1真空的基本知识中学物理内容：1643年托里

2、切利(Torricelli)著名的大气压实验为人类首次揭示了真空这个物理状态的存在！管内水银柱上方空间内，因已排除空气的存在而形成真空(托里切利真空)图中A、B、C三点压力相等，A、C点：大气压；B点：水银柱产生的压力换句话说：可用水银柱产生的压力作为大气压力的量度!把高度为760mm的水银柱所产生的压力定义为1个大气压(1atm)1atm=760mmHg！结果：得到了“真空”的定义和大气压的定义与量度依据！1真空技术基础1.1真空的基本知识概念：利用外力将一定密闭空间内的气体分子移走，使该空间内的气压小于1个大气压，则该空间内的气体的物理状态就被称为真空。注意：真空，实际上指的

3、是一种低压的、稀薄的气体状态，而不是指“没有任何物质存在”！因此，真空可分为现代真空技术的极限：每cm3空间内仅有数百个气体分子对应气压10-11Pa思考题：常温常压下，每cm3空间内有多少个气体分子？提示：可由Avogadro常数推算(6.02×1023个/22.4×103cm32.7×1019个/cm3)1真空技术基础1.1真空的基本知识1.1.1真空度的单位真空的实质：一种低压气体物理状态真空度采用气体压强表征真空度的单位=气体压强的单位注意：真空度和气压的意义相反真空度意味着气压主要单位制换算基础：1N＝105dyne＝0.225lbf1atm＝760mmH

4、g（torr）＝1.013×105Pa＝1.013bar1真空技术基础1.1真空的基本知识1.1.1真空度的单位不同真空度单位制间的换算关系：说明：1、mmHg是人类使用最早、最广泛的压强单位；1958年为纪念托里切利，用托（torr）代替了mmHg：1torr＝1mmHg2、早期的真空度计量常以torr或mbar为单位；目前随着标准化进程的推进，SI（MKS）制单位应用日渐广泛真空度用Pa作单位torr/mmHgPabaratmPSI1torr(1mmHg)1.333×102(1.013×105/760)1.333×10-3(1.013/760)1.316×10-3(1/760)1.9

5、337×10-21Pa7.501×10-3(760/1.013×105)10-59.869×10-6(1/1.013×105)1.4504×10-41bar7.501×1021059.869×10-11.4504×1011atm760.01.013×1051.0131.4696×1011PSI51.71496.8948×1036.8948×10-26.8046×10-21真空技术基础1.1真空的基本知识1.1.2真空区域的划分真空区域：指不同的真空度范围；划分目的：为了研究真空和实际应用的便利；划分依据：按照各个压强范围内气体运动特征的不同进行划分；划分准则：理论上，可依据Knudsen

6、数的不同进行划分。相关物理：1）Knudsen数定义：物理意义：是描述稀薄气体流动状态的准数！分子平均自由程大于流场特征尺寸时的气流称为Knudsen流，其Kn一般>10！2）真空系统中气体运动特征的理论划分：粘滞流（层流、Poiseuille流）粘滞-分子流分子流（自由分子流、Knudsen流）Kn<0.010.01Kn=0.01~11Kn>>1—气体分子的平均自由程—流场特征尺寸（如：管径）1真空技术基础1.1真空的基本知识1.1.2真空区域的划分3）理想气体状态方程：，式中：n—分子密度(个/m3)；k—玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/K；P—气体压强(Pa)；T—气体温度(K)

7、；V—气体体积(m3)；m—气体质量(kg)；M—气体分子量(kg/mol)；R—普适气体常数，R=NA·k=8.314J/mol·K；NA—Avogadro常数，6.02×1023个/mol；4）气体分子的自由程（）：每个气体分子在与其它气体分子连续2次碰撞之间运动经历的路程。平均自由程（）：气体分子自由程的统计平均值。式中：—分子直径（m）；Avogadro定律：一定温度、压力下，各种气