高真空

高真空是指封闭系统中的极低气体压力。在这个压力范围内，分子流动占主导地位，因此许多经典的流动定律在这里不再适用。高真空范围包括大约 10⁻⁷ 至 10⁻³ mbar 的压力。在这个范围内，粒子密度非常低，因此气体分子的平均自由行程非常长。气体分子与壁面的碰撞比彼此之间的碰撞更频繁，因此称为分子流。

平均自由行程长度 λ 可用以下方程式理想化地描述：

λ = k_B · T / (√2 · π · d² · p)

• λ 是平均自由程长度，
• k_B 是玻尔兹曼常数，
• T 是温度，
• d 是分子直径 
• p 是压力

在实际应用中，高真空是通过多级抽真空产生的。首先，预真空泵将精细真空区域抽空。然后，高真空泵（例如涡轮分子泵或扩散泵）接手工作。可达到的最终压力高度在很大程度上取决于泄漏、气体释放和表面的清洁度。高真空设备的性能由抽吸能力 S 和泄漏率 Q_L 描述。一个简单的平衡方程式如下： 

Q_L = p_(end) · S

• p_(end) 是稳定终压 
• Q_L 是泄漏率，
• p_end 是稳定终压 
• S 是吸力

低泄漏率和高有效抽吸能力可实现较低的终压。高真空技术被应用于薄膜和半导体技术领域，因为低残余气体密度有助于纯净薄膜的沉积。在电子光学领域，高真空技术可确保电子束几乎不会散射到气体原子上。典型应用包括电子显微镜和电子束焊接设备。高真空在金属热处理中也很重要。真空炉可防止氧化，并使金属表面保持光洁。在分析领域，质谱法通常在高真空条件下进行，以确保离子的飞行轨迹。在混合器和粉末技术中，高真空条件仅出现在特殊应用中。