1、 真空的基本觀念真空的基本觀念崑山科大電機系張慎周 jchangmail.ksu.edu.tw資料來源:l蘇青森,“真空技術精華”,五南書局,2004顯示器 l用作顯示器的LED，LCD，TFT/LCD，以及CRT其導電玻璃，介電薄膜，導電膜等的製作均需要在真空中進行l有些顯示器如傳統的陰極射線管電視（CRT TV），電漿電視（Plasma TV）等其中有電子發射，故必需高真空 l1 從歷史發展認識真空l2 絕對真空與真空的定義l3 真空壓力與真空度l4 自然界的真空l5 真空技術的基本量l6 真空系統的特徵l7 真空應用1.從歷史發展認識真空托里切利首先發現真空 l義大利人托里切利（Torr
2、iceli）利用玻璃試管盛滿水銀倒置於水銀槽中，管中的水銀自然下降至76厘米高度，而在管的頂端留下一空間l此試管的空間他認為係空無一物的真空。馬德堡半球實驗 l德國馬德堡市長證明真空的力量，將兩個半球密合其中抽真空，兩邊各用四匹馬並未能將其拉開2.絕對真空與真空的定義何謂真空？l絕對真空（absolute vacuum）氣體壓力等於零的空間就是絕對真空 不存在任何包括氣體在內的物質，故絕對真空為一個氣體壓力等於零的空間 l空間內的氣體壓力 空間（empty space）內既然沒有可看見的物質存在，剩下的當然即為氣態（gaseous）物質討論真空即為討論空間內的氣體壓力真空定義 l 即一個空間，
3、其中的氣體壓力小於一大氣壓力者為真空表示為：壓力大氣壓力l 真空中的分子密度 一大氣壓力的分子密度N2.5X1019分子厘米 真空定義的概念圖真空定義的概念圖 3.真空壓力與真空度真空壓力 l真空中氣體的壓力簡稱為真空壓力，或直接稱為壓力l亦有用氣壓表示真空壓力者 l真空壓力為氣體對真空系統的內壁每單位面積上所施的力，其單位為：力單位面積 壓力的單位l 國際壓力單位1帕=1牛頓平方米1Pa=1N/m2l 舊真空壓力單位 1托爾=1/760大氣壓力1托爾=1毫米水銀柱l 實用真空壓力單位 1巴=105帕1毫巴=10-3巴（bar）1毫巴=3/4托爾=100帕1大氣壓力=1013毫巴真空壓力換算表
4、真空壓力換算表 真空度 l代表真空系統中壓力的程度 l此名詞係我國工業界自創 l相當於英文vacuum 低真空卻代表真空系統中氣體的壓力高者高真空則代表真空系統中氣體的壓力低者 低真空以粗略真空（rough vacuum或coarse vacuum）取代 l用真空度的名詞要特別注意以下的提示：低真空（low vacuum）：高壓力高真空（high vacuum）：低壓力4.自然界的真空地球表面到外太空 l地球表面海平面為一大氣壓力，由地球表面向上氣體的壓力逐漸減低形成真空，離地球表面愈遠，壓力愈低，至外太空則為超高真空標準大氣與標準大氣壓力 l標準大氣壓力（standard atmospher
5、ic pressure）溫度在20海平面高度，乾燥空氣所施的壓力，其值為1013毫巴標準大氣成分 l 主要成分：N2792毫巴O2212毫巴l 次要成分及稀少氣體：Ar9.47毫巴CO20.31毫巴Ne 1.9x10-2毫巴He 5.3x10-3毫巴CH42x10-3毫巴Kr1.1x10-4毫巴N2O 5x10-4毫巴H2 5x10-4毫巴l 各成分的總和為1013毫巴，即一標準大氣壓l 若考慮水蒸氣的存在，則可加入己知相對濕度（relative humidity）的水蒸氣壓5.真空技術的基本量真空技術的基本量 l壓力l抽氣速率（pumping speed）l氣流通量（throughput）l
6、氣導（conductance）l阻抗（resistance）l抽真空時間（pump-down time）l放氣率（outgassing rate）l漏氣率（leak rate）l及單層附著時間（monolayer time）抽氣速率 l表示在系統中某一斷面或真空幫浦單位時間抽氣的量 抽氣速率的定義 抽氣速率的單位及換算 真空幫浦的抽氣速率 抽氣速率的定義l1.幫浦的抽氣速率 為在真空幫浦的進氣口每單位時間抽入幫浦中氣體的體積 l2.真空系統的抽氣速率 為在真空系統中某一斷面每單位時間通過氣體的體積l抽氣速率實際上並非真正的量因為單位時間通過氣體的體積中究竟有多少氣體分子並不得而知相同的體積若氣
7、體壓力不同其所包含的氣體分子可能相差甚多抽氣速率的單位及換算l單位為：體積時間 l單位換算：1公升秒=1000立方厘米秒=3.6立方米小時1立方米小時=16.67公升分=0.278公升秒1立方英呎分=28.32公升分=0.47公升秒真空幫浦的抽氣速率l真空幫浦的抽氣速率一般多為變數，故實際上應為：SdV/dtl一般真空幫浦標定規格的抽氣速常為平均抽氣速率即：SV/t氣流通量的定義l 單位時間內流過真空系統中某一斷面的氣體分子數稱為氣流通量氣流通量的公式為：lQp(dV/dt)pSl 在一穩定（steady）的真空系統中，假定並無漏氣或器壁釋放氣體，則氣流通量為一常數真空系統中A點的氣流通量QA
8、與B點的氣流通量QB相等此種性質又稱為氣流通量的連續性（continuity）由此可得真空系統中各點的壓力與抽氣速率的關係如下：lQA QB lpASApBSB氣導與阻抗 l真空管路的氣導 在真空系統的管路中，通過該管路某一段1與2之間的氣流通量與該管路兩端壓力之比為該管路段的的氣導CQ/（p1p2）l真空管路的氣流阻 在真空系統的管路中，氣流通過該管路某一段1與2之間的阻礙的程度以阻抗來表示R1/C抽真空時間l真空系統的抽真空時間（pumpdown time）為決定操作真空系統的主要參數l通常為評估一真空系統從起動至實際運作所需要的時間抽真空時間的定義l真空系統氣流通量的平衡方程式 PSQ0
9、V(dP/dt)l抽真空時間公式 l習用的抽真空時間公式 P1013亳巴，P1毫巴 抽真空時間實例 l 問題1：假定有一高真空系統其體積為500公升。用一迴轉幫浦抽粗略到中度真空，選擇抽氣速率為Sr250公升分。假定從大氣壓力P01013毫巴開始，抽至中度真空Pf510-3毫巴 答：抽真空時間為：l 問題2：再用一抽氣速率為150公升秒的高真空幫浦抽中度到高真空。假定從P510毫巴開始至高真空，P110毫巴 答：抽真空時間為：此實例說明抽粗略到中度真空所需的時間較長漏氣率漏氣率 l漏氣率為單位時間內由真空系統外部漏入系統中氣體的量，其單位與氣流通量者相同毫巴公升秒，托爾公升秒，及帕米秒l真空系
10、統外部的氣壓多為一大氣壓，故漏氣率又常用大氣壓力立方厘米秒（atm cc/s）為單位1Pa m/s=9.87(atm cc/s)放氣率 l放氣率為單位時間內由真空系統內部的表面上釋放出氣體的量l單位與氣流通量者相同，即毫巴公升秒，托爾公升秒等單分子層附著時間 l在潔淨固體表面上附著一分子厚度的氣體分子所需的時間，稱為單分子層附著時間lmono-molecular layer timel假定氣體為空氣及f1，則代入空氣的平均氣體分子半徑可得 6.真空系統的特徵真空系統特徵l真空包含的壓力範圍很廣 l高度潔淨 l節省能源 l經常承受一大氣壓力 l材料在真空中的性質與在大氣中不同 7.真空應用應用真空的基本原理 l利用壓力差 l減少活性氣體 l減少氣體碰撞 l增長單層氣體附著時間 真空技術與工業的關係
