真空計的應用場景

一、工業制造：真空工藝的 “眼睛"

1. 半導體與電子制造

• 場景：芯片光刻、薄膜沉積（如 PECVD、濺射鍍膜）、離子注入、晶圓封裝。

• 作用：

• 監控真空腔體內壓強（通常需達到 10?? - 10?1? Pa 高真空），確保薄膜均勻性和器件良率；

• 例：OLED 屏幕蒸鍍工藝中，真空度不足會導致有機材料氧化，影響屏幕壽命。

• 常用真空計：熱傳導式（皮拉尼計）、電容薄膜規（精度高，適合 10?? - 102 Pa）。

2. 真空鍍膜與涂層

• 場景：光學鏡頭增透膜、汽車輪轂 PVD 鍍層、太陽能電池板 TCO 膜制備。

• 作用：

• 控制鍍膜速率（壓強過低會導致粒子散射，膜層粗糙；過高則沉積不均勻）；

• 例：手機攝像頭玻璃鏡片鍍 AR 膜時，需維持 10?3 Pa 真空度，確保膜層厚度誤差＜1nm。

• 真空計選型：復合真空計（結合熱偶規 + 電離規，覆蓋寬量程）。

3. 真空熱處理與焊接

• 場景：航空航天零部件退火、電子元件真空釬焊、鎢鉬材料燒結。

• 作用：

• 防止高溫下材料氧化（如鈦合金焊接需 10?? Pa 真空），同時避免氣孔缺陷；

• 例：渦輪葉片真空釬焊時，真空度不足會導致焊縫強度下降，影響發動機性能。

• 監測重點：高溫環境下的真空穩定性，常用電阻規或冷陰極電離規。

二、科研與實驗室：真空環境的精確控制

1. 物理與化學實驗

• 場景：分子束外延（MBE）、真空蒸餾、質譜分析、低溫物理研究。

• 典型應用：

• MBE 生長半導體量子阱時，需 10?1? Pa 超高真空，避免雜質原子污染晶格；

• 真空蒸餾提純稀土金屬（如銪），通過控制壓強降低沸點（常壓下沸點＞1500℃，真空下可降至 800℃）。

• 高精度真空計：磁偏轉質譜計（檢測極限 10?13 Pa）、冷陰極電離規（抗輻射，適合加速器實驗）。

2. 材料表征與分析

• 場景：X 射線光電子能譜（XPS）、掃描電鏡（SEM）、俄歇電子能譜（AES）。

• 作用：

• 維持分析腔真空度（10?? - 10?? Pa），防止電子束與氣體分子碰撞導致信號衰減；

• 例：SEM 觀察納米材料時，真空度不足會產生電荷積累，導致圖像畸變。

• 實時監測：采用全量程真空計（如普發 Pirani-CA，量程 103 - 10?? Pa）。

三、能源與航天：環境的真空管理

1. 核聚變研究（如托卡馬克裝置）

• 場景：EAST（東方超環）、ITER（國際熱核聚變實驗堆）。

• 作用：

• 創造 10?? Pa 以下真空，減少等離子體與殘留氣體碰撞導致的能量損失；

• 真空度不足會引發雜質輻射，降低核聚變反應效率。

• 特殊需求：抗強磁場干擾，常用無磁真空計（如電容薄膜規）。

2. 航天器件測試與太空模擬

• 場景：衛星部件熱真空試驗、航天器推進劑貯箱檢漏、宇宙射線模擬。

• 典型應用：

• 航天器太陽能電池板需在 10?? Pa 真空 + -150℃~+120℃環境下測試可靠性；

• 火箭發動機真空點火試驗，通過真空計監測噴管背壓，優化推力性能。

• 真空計類型：耐高溫、耐振動的電離規（如 BA 規，測量范圍 10?1? - 10?3 Pa）。

四、醫療與食品：真空技術的民生應用

1. 醫療設備與制藥

• 場景：真空冷凍干燥（凍干疫苗、生物制劑）、真空采血、醫用加速器（癌癥放療設備）。

• 關鍵作用：

• 凍干過程中，真空度控制在 10?2 - 10?3 Pa，確保藥物活性成分不被高溫破壞（如 mRNA 疫苗凍干）；

• 醫用加速器真空腔需 10?? Pa，保證電子束加速時無能量損耗。

• 衛生級真空計：采用不銹鋼材質、可高溫滅菌的電容薄膜規（如 MKS 627 系列）。

2. 食品包裝與加工

• 場景：真空保鮮包裝（肉類、干貨）、真空油炸（薯片、果蔬脆片）、真空濃縮（果汁加工）。

• 應用實例：

• 真空包裝通過維持 103 - 10? Pa 壓強，抑制微生物繁殖，延長保質期（如三文魚真空包裝可保鮮 21 天）；

• 真空油炸在 102 Pa 下降低油沸點（常壓 230℃→真空 120℃），減少油脂氧化和反式脂肪酸生成。

• 經濟型真空計：熱傳導式皮拉尼計（成本低，適合 10? - 102 Pa 量程）。

五、其他特殊領域

1. 真空檢漏與氣密性測試

• 場景：壓力容器（LNG 儲罐）、空調制冷系統、航空燃油管道。

• 方法：

• 氦質譜檢漏儀（精度 10?12 Pa?m3/s），通過真空計監測氦氣泄漏量；

• 例：汽車空調壓縮機需檢測 10?? Pa?m3/s 以下的泄漏率，確保制冷劑無損耗。

2. 真空電子器件

• 場景：電子管（如微波雷達磁控管）、光電倍增管、真空開關管。

• 作用：

• 維持 10?? Pa 以上真空，防止電子發射極氧化，保證器件壽命（如雷達磁控管真空度下降會導致功率衰減）。

真空計選型與場景適配總結