真空冶金及真空设备

1 真空冶金
真空是指稀薄的大气空间。广义上真空是指气体密度低于大气压的空间状态。真空是对气体稀薄程度的一种客观度量。由于气体密度不易度量，因此改用气体压力p来描述。气体压力高表示真空度低，反之亦然。
常将真空状态按气体压力的大小分成4个层次来描述：
（1)低真空，气体压力p为105~103Pa;
（2)中真空，气体压力p为103~10-'Pa;
（3)高真空，气体压力p为10-1~10-6Pa;
（4)超高真空，气体压力p小于10-6Pa.
在低于大气压或在惰性气体保护下进行的冶金过程称为真空冶金。真空冶金在钛等稀有金属生产中获得了广泛的应用。真空冶金有许多优点，特别是可以有效地防止活性金属在高温下的氧化，从而能获得质量符合要求的产品。钛是一种活性金属，在其生产的许多环节中都必须采用真空冶金技术。
产生真空的过程称为抽真空或排气，获得真空的设备称为真空设备或真空泵。由几台泵组合而成的称为真空机组。气体压力p的法定单位为Pa,与其他习用的压力单位的换算关系为：
1 Torr(托）＝1mmHg=103 μmHg=1/760 atm(大气压）＝1.33 mbar(毫巴）＝133.3224 Pa
真空冶金系统管路中的稀薄气体有4种基本的流动状态，即湍流、分子流、黏滞流及黏滞－分子流。不同状态的气体流动有不同的性质。对它们的判别是按照气体分子自由程入和管道直径D之比值入／D的大小来区分的。由于入值不易测得，用平均压力则比较容易。所以改用pD值来区分。判据分别为：
（1)黏滞流：λ/D<0.01,即pD>0.65;
（2)分子流：λ/D>1/3,即pD<0.02;
（3)黏滞－分子流：0.01<λ/D<1/3,即0.02<pD<0.65.
不同流动状态的气体有不同的特性，并且有不同的传质传热速率。气体在不同流动状态下，其流动的流导不同，蒸馏的挥发速度不同，升温时的传热效率也不一样，从而影响真空冶金的精制效率、生产周期和热能利用率。

2 真空设备的特性
众所周知，泵的抽速不是恒定不变的，它随系统压力的变化而变化，是压力的函数。几种冶金中常用的泵的抽速S与泵的最大抽速的比值S/Smx和抽速压力p之间的关系如图6-1所示。5种常用泵的最佳抽速范围和极限真空度如表6-1.

由表6-1可见，这几种泵的最佳抽速范围存在重叠情况，它们的作用是相互补充的。其中，油增压泵、油扩散泵和机械增压泵（罗茨泵）必须配有前级泵方能起作用。这几种泵都有各自的特性。

2.1 油封式机械泵
油封式机械泵包括旋片式、滑阀式和余摆线式3种形式，目前国产货主要有前两种。油封式机械泵是常用的也是唯一能在大气下使用的泵，也是最基本的真空设备。它不仅可以单独用做主泵，还可用做预抽泵、前级泵和维持泵。它不适用于抽含灰尘的气体，因灰尘会污染泵油和磨损泵腔，若在这种场合下使用则需加捕集器和收尘器；它也不适用于抽含水汽的气体，若在这种场合下使用则要加气镇阀。此类泵的结构复杂，加工困难，价格也高。典型的国产泵结构如图6-2和图6-3所示。
2.2 水环式真空泵
水环式真空泵是借水力流速造成的压力差来抽空的，是一种低真空泵。它结构简单且紧凑，制造容易，工作可靠，但效率低。泵内无转动部分，适用于抽含灰尘、水汽和其他易燃易爆或带腐蚀性气体的场合。水环泵工作原理图如图6-4所示。

2.3 机械增压泵（罗茨泵）
机械增压泵是一种旋转式变容真空泵，在最佳压力范围内具有抽速大、效率高、启动快，对被抽气体中的灰尘和水蒸气不敏感，转子不必润滑，泵腔内无油封等特点。由于泵内转子和定子间的间隙较大（约为0.1~0.3mm),因此抽除氢气类小分子气体效率低。图6-5所示为机械增压泵的结构示意图。

2.4 油增压泵
油增压泵是一种油蒸气喷射式真空泵，在最佳压力状态下有较大抽速。它适用于系统真空度较高又有大量气体排出的场合。

可抽任何气体，对氢的抽气效率尤其高，它的抽速受预真空度的影响较小，即使预真空泵油被污染的情况下也能正常工作。此类泵的结构简单，无转动部分，无噪声，便于操作维护。增压泵结构如图6-6和图6-7所示，国外18B3型增压泵抽气速率曲线如图6-8所示。

2.5 油扩散泵
油扩散泵是一种高真空油蒸气射流泵，可抽任何气体，功能不受前级泵的影响，仅在放气量较少的情况下作主泵用。此类泵无转动部分，结构简单，操作方便，无噪声。分馏式油扩散泵结构如图6-9所示。

本公司经营产品分类：钛棒、钛管、钛板、钛阳极、钛箔钛带、钛法兰、钛丝、钛靶材、钛设备、钛饼钛环、钛标准件、钛加工件