真空冶金理论与技术-真空基础ppt课件.ppt

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1、真空冶金理论与技术东北大学冶金13级05-08班第一章真空冶金理论与技术基础真空的概念：“真空”是一种不存在任何物质的空间状态。现实中的真空是针对大气而言，将某一特定空间内的部份物质排出，使其压强小于一个标准大气压，则称此空间为真空或真空状态。“声音”如何传播？电磁波如何传播？工业上的真空是一种程度上的区别：即当容器内没有压力（绝对压力等于零）时，称完全真空；而把低于大气压力的部分叫做真空，即处在不完全真空状态。1.1真空冶金的发展概况1643意大利数学家托里拆利进行的大气压力试验1654德国葛利克进行的马德堡半球试验真空的形成：1.1真空冶金的发展概况真空

2、的获得：活塞泵←葛利克最早获得了真空水环泵、旋片泵、滑阀泵、罗茨泵←可以方便地获得真空分子泵、扩散泵、多级喷射泵←进一步提高了真空度钛泵、冷凝泵←即可获得高真空，系统内又保持无油，降低了污染1.1真空冶金的发展概况真空的测量：U形水银真空计←测量3×10-1乇以上的粗真空麦氏真空计←可以测量1.33×10-4Pa的低真空，由1874年麦克劳发明热偶真空计←可测量的压力范围在1~300Pa之间电阻真空计、电离真空计←可测量更高的真空度（10-5）1.1真空冶金的发展概况真空理论的发展：理想气体的压力-体积定律←1662年波义耳提出伯努利气体方程←1783年伯努利

3、提出气体温度-体积定律←1802年查理兹提出气体分子速度分布定律←1895年麦克斯韦提出1.1真空冶金的发展概况真空技术的应用：与现代科技的结合：真空中的放电和粒子运动→电子管、电子枪、电镜现代粒子加速器→整个系统放在真空度极高的真空室内人造卫星的环境模拟室→残余压力达到10-7Pa拉单晶、半导体掺杂技术→必须在超高真空下进行与人们日常生活的结合：物质运输、保存储藏、干燥脱水、绝缘、制冷(VacuumCooling)、热处理、蒸发、镀膜等。与冶金技术的结合：难熔金属的熔铸、稀有金属的生产（真空蒸馏、还原、烧结)和高纯金属的制备（区熔、提纯精炼）。1.1真空冶金

4、的发展概况真空技术对传统工艺的改造：铅中杂质锌的去除：氧化脱锌法→真空脱锌法铅锡合金的分离：氯化物溶液电解法→真空蒸铅法真空技术的发展：电子束轰击固态金属加热熔炼←1905年皮拉尼钢水脱气←1920年前苏联真空感应熔炼←1923年德国水冷铜坩埚自耗真空电弧熔炼←1935年荷普金斯真空中碘化法提纯V、Nb、Ta、U、Cr、Th、Ti、Hf←1939年博尔1.1真空冶金的发展概况1、有利于一切增容反应，例如：（1）物质的气化：M凝聚态→M气态，金属的气化、蒸发，在真空中物质的沸点降低。（2）氧化物MO被还原剂还原：R+MO凝聚态→M凝聚态+RO气态↑，金属氧化物还

5、原成固态或液态金属。（3）金属氧化物被还原成气态金属：R+MO凝聚态→M气态+RO气态↑。（4）溶解了气体G的金属放出气体：G金属→G↑（5）金属与气体生成的化合物分解出气体：MG→M+G↑，金属化合物的热分解。真空对上述过程都有利，或是加快了反应进行的速度或是降低反应进行的温度。真空冶金的特点：1.1真空冶金的发展概况2、真空中气体稀薄，很少有气体参加反应金属在真空中溶化时不会溶解气体；金属在真空中加热到较高温度时不会氧化，即无论金属呈固体或液体都极少在真空中氧化；气体遵循理想气体方程。真空冶金的特点：3、可控制系统内外物质流动真空系统是一个较为密闭的体系，

6、与大气基本隔开，只通过管道和泵将真空系统中的残余气体送入大气，大气不能经泵进入真空系统，系统内外的物质流动完全处于控制之下。1.1真空冶金的发展概况4、没有污染如果冶金过程需要较高的温度，则加热系统一般用电在炉内加热，因而真空系统没有燃料燃烧所带来的问题。如含SO2气体的排放对环境的污染等问题。真空冶金的特点：5、气体分子小金属或氧化物在真空中形成气体之后，气体分子很小或很分散。在真空中多原子分子倾向于分解成较少原子组成的分子，形成的气体分子很小，粒径一般在10-10米。1.1真空冶金的发展概况1、真空还原在真空下用C、Al、Si等还原剂还原金属氧化物或化合物

7、制取金属。真空还原可以大大降低还原温度，完成一些常压下无法完成的作业。以C还原五氧化二铌为例：常压下C不能全部还原铌，而是生成各种碳化铌，最高还原温度达到2834K。但当真空度达到10-2Pa时，其开始还原温度降至1956K，当在10-4帕时降至1694K。其它钒、钽、钛、锆、钨、钼的情况也类似。真空条件下还可用碳或碳化物还原碱金属和碱土金属。主要的真空冶金方法：2、真空镀膜真空镀膜是在真空下（1～10-8帕）利用金属蒸气或溅射使金属的原子或离子凝结在其它金属或材料上，形成所需要的金属膜或覆盖层。冶金工业常用的有真空镀铝或锡，真空镀镉、镍、锆或不锈钢。1.1真

8、空冶金的发展概况3、真空熔炼（1）真空