真空知識-真空的應用領域

一、真空的應用領域

1原子能工業 核燃料元件製造。

2理化機器工業 電子顯微鏡、表面分析儀器、質量分析儀器、粒子加速器。

3金屬材料工業 金屬蒸鎦、鋼化脫氣、真空感應熔鍊、真空電弧熔鍊、電子束焊接、真空熱處理、真空滲碳、離子氮化、碳氦共滲、真空燒結、真空制粉、真空奈米金屬製粉。

4電子電器工業 電子管、真空開關、蒸鍍、真空浸漬、真空氣相干燥。

5汽車工業 真空熱處理、真空釺焊、真空蒸鍍。

6食品工業 真空冷凍乾燒、真空濃縮、脫氣、真空包裝、真空過濾。

7建築工業 混凝土真空吸水軟吹盤、真空吸盤。

真空的含義是指在給定的空間內低於一個大氣壓力的氣體狀態，是一種物理現象。在“虛空”中，聲音因為沒有介質而無法傳遞，但電磁波的傳遞卻不受真空的影響。事實上，在真空技術裡，真空系針對大氣而言，一特定空間內部之部份物質被排出，使其壓力小於一個標準大氣壓，則我們通稱此空間為真空或真空狀態。真空常用帕斯卡（Pascal）或托爾（Torr）做為壓力的單位。在自然環境裡，只有外太空堪稱最接近真空的空間。

1641年義大利數學家托里拆利在一根長管子內加滿水銀，然後很緩慢的將管口倒轉在一個盛滿水銀的盆內，管子內水銀柱的末端是 76 釐米高。這時玻璃管最上方無水銀地帶是真空狀態。這一實驗為“托里拆利實驗”，完成實驗的玻璃管為“托里拆利管”。

愛因斯坦在用場論觀點研究引力現象時，已經認識到空無一物的真空觀念是有問題的，他曾提出真空是引力場的某種特殊狀態的想法。首先給予真空嶄新物理內容的是P.A.M.狄拉克。狄拉克於1930年為了擺脫狄拉克方程負能解的困境，提出真空是充滿了負能態的電子海。

實踐應用

生活應用

膨化食物的真空包裝，可以防止食物變質，延長食物儲存時間；

真空燈泡，防止燈絲被氧化，延長使用壽命。

工業生產

工業上的真空指的是氣壓比一標準大氣壓小的氣體空間，是指稀薄的氣體狀態，又可分為高真空、中真空和低真空，地球以及星球中間的廣大太空就是真空。一般是用特製的抽氣機得到真空的。它的氣體稀薄程度用真空計測定，我們已能用分子抽氣機和擴散抽氣機得到0.00000 00001大氣壓的高真空。真空在科學技術，電真空儀器，電子管和其他電子儀器方面，都有很大用途。

真空區域託(Torr）

壓強範圍)帕(Pa)

低真空

760~10

101325~1333

中真空

10~10-3

1333~1.33×10-1

高真空

10-3~10-8

1.33×10-1~10-6

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正負電子對撞機

正負電子對撞機的作用絕不僅僅是一對正負電子相撞產生光子和能量那麼簡單，一對光子也可以相撞產生一對正負質子之類，而相撞使相撞所處的那部分真空可以激發到高能態，可以產生更多各式各樣的基本粒子，為研究宇宙的起源和組成服務。

科研應用

航天器軌道飛行提供的真空和微重力環境，是一個寶庫，為人們提供了地面上難以獲得的科學實驗和生產工藝條件，進行地面上難以進行的科學實驗，生產地面上難以生產的材料、工業產品和藥物。

在高真空和微重力環境中進行生命和生物科學實驗，不會有有機物汙染，發生混入或測定錯誤，細菌等實驗用的微生物不會到處擴散，十分安全。 在零重力或微重力條件下，可進行無容器冶煉，這不會有任何雜質混入，可以獲得高品質的合金；可將不同比重的金屬或非金屬均勻地混合，獲得新型合金材料；可以克服地面加工存在的組分過冷起伏和密度大等缺陷，生長出高質量、大直徑的單晶體砷化鎵等半導體材料；可以生產百分之百圓度的滾珠軸承等圓球工業產品，而在地面上，由於重力的影響，滾珠軸承等總不是真正的球形。

太空製藥是真空和微重力環境利用的重要方面。在地面上製藥，由於地球重力作用，培養物會發生沉澱，處在沉澱中的微生物會因缺氧而死亡；如輸氧攪拌，所形成的低壓小氣泡又會破壞細胞；如加防泡劑，則會降低氧的溶解度，有礙微生物的繁殖，形成惡性迴圈。而在微重力環境中，培養物液體中含有大量的氣泡，也不會沉澱，微生物可隨時獲得氧氣，生長速度比地面快一倍以上。可高效率、高純度地製造許多藥物，如治療燒傷的表皮生長素、治療貧血的紅血球生長素、防治病毒感染的免疫血清、治療肺氣腫的胰蛋白酶抑制素、治療血栓的尿激酶、治療血友病的抗溶血因子8.治療糖尿病的β細胞、治療癌症的干擾素等40多種。主要的製藥方法是電泳法，將組分不同的混合物在直流電場作用下精確地分離成不同成份。其裝置第一代為靜態電泳儀，第二代為連續流動電泳儀。

　　

系統

真空系統結構材料是構成真空系統主體的材料，它將真空系統與大氣隔開，承受著大氣壓力。這類材料主要是各種金屬和非金屬材料，包括可拆卸連線處的密封墊圈材料。

冷阱，也總會或多或少地有一部分油蒸氣返流進入高真空端。它們在擴散泵口建立的壓力，有時比在泵壁溫度下的飽和油蒸氣壓還要高很多。這不但影響真空系統的極限壓力，而且還對被抽容器造成汙染，因而返油率是擴散泵系統的主要考核指標。

真空包裝真空包裝將食品裝入包裝袋，抽出包裝袋內的空氣，達到預定真空度後，完成封口工序。 真空充氣包裝將食品裝入包裝袋，抽出包裝袋內的空氣達到預定真空度後，再充入氮氣或其它混合氣體，然後完成封口工序。

真空包裝的主要作用是除氧，以有利於防止食品變質，其原理也比較簡單，因食品黴腐變質主要由微生物的活動造成，而大多數微生物（如黴菌和酵母菌）的生存是需要氧氣的，而真空包裝就是運用這個原理，把包裝袋內和食品細胞內的氧氣抽掉，使微生物失去生存的環境。

測量

真空測量的感測器, 大部分都是用電離規， 並且在中程真空範圍用途最廣泛。常用的電離真空規測量儀, 都採用類比電路控制發射電流， 並把它當成固定數來運算, 這樣會產生一些不足之處， 例如：由於外界干擾或元器件老化造成電流有偏差; 或控制環中的漂移產生不穩定, 由此而導致測量誤差較大。為消除此類不良現象， 我們應用現代控制理論—PID和Fuzzy控制, 採用數位電路控制發射電流， 控制環中都用16位的高解析度A/D和D/A,且把發射電流測量值參入運算， 允許發射電流有一定的變化範圍。這樣既提高了測量精度, 又在它們的線性區域內擴充量程。

基礎標準。

真空科學是一門基礎科學和應用科學緊密結合的現代基礎學科，它的主要研究物件是真空環境的結構和性質以及在這種環境中物質的相互作用、在不同真空度的低氣壓環境中，真空環境和各種物質發生相互作用，產生不同的效應．例如真空吸力、真空隔熱和散熱、真空蒸餾、真空防氧化、真空乾燥、真空絕緣、真空脫氣、保鮮、清潔、滅菌、檢漏、稀薄氣體放電、宇宙真空效應等都和該學科研究的主題有關．這些科學和技術知識已廣泛用於電子、半導體、積體電路、冶金、食品、醫藥、運輸、熱處理、焊接、鑄造、鍍膜、檢測、離子束、電子束、鐳射、微機電、可控熱核反應及航空航天等領域，推動了近代科學技術進步及工農業的發展。

真空科學技術已成為各行各業科技工作及工藝人員的必備知識。學習掌握真空科學技術成為發展現代科學技術的必要條件。