真空科學(xué)與技術(shù)的一些前沿課題
真空科學(xué)與技術(shù)的一些前沿課題 徐成海 (東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110004)
摘要：試論述真空科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的z*近、z*新的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，分析研究?jī)?nèi)容、研究方向和前沿課題，希望能達(dá)到為生產(chǎn)、教學(xué)和科研導(dǎo)向起到參考作用。
關(guān)鍵詞：真空；鍍膜；干燥；冶金；熱處理中圖分類號(hào)：TB7;O484;TB71+.1;TF13;TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C 文章編號(hào)：1002-0322(2002)06-0003-04 Some front subjects of the vacuum science and technology (School of Mechanical Engineering and Automation,Northeastern University,Shenyang 110004,China) Atract:This paper tries to discu the latest academic trends and analytses the research contents and directio and the front subjects in the field of vacuum science and technology.We hope that it can be available for reference in production、teching and research. Key word:vacuum;film coating;desiccatiometallurgy;heat treatment 真空產(chǎn)品生產(chǎn)廠家、真空行業(yè)的科技工作者每時(shí)每刻都應(yīng)該掌握自己工作領(lǐng)域內(nèi)z*近、z*新的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，研究自己工作范圍內(nèi)的前沿課題，以便給自己定位，確定自己的對(duì)策，找出自己前進(jìn)的方向，積極參加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，不斷改革創(chuàng)新，才能立于不敗之地。尤其是我國(guó)加入WTO之后，真空科技工作者的目光應(yīng)該更遠(yuǎn)大，獲取科技信息就顯得更為重要，它是企業(yè)存在的保障，是科技工作者的生命線。
1 真空泵 真空泵的種類很多，可按下表進(jìn)行分類。
真空泵的前沿課題主要有：
①號(hào)稱21世紀(jì)綠色真空泵的各種無(wú)油泵（干泵）的研制；
②噴射泵、擴(kuò)散泵的理論研究與設(shè)計(jì)計(jì)算；③探索創(chuàng)新泵的工作原理，研制新型泵。
2 真空計(jì)量
真空計(jì)量目前研究的主要內(nèi)容有：
①真空度(全壓力)測(cè)量與校準(zhǔn)；
②真空質(zhì)譜分析，分壓力的測(cè)量與校準(zhǔn)；
③氣體微流量(漏率)的測(cè)量與校準(zhǔn)；
④材料放氣率的測(cè)量；
⑤真空泵抽速測(cè)量。
真空計(jì)量研究的前沿課題可歸納為：
①研究非平衡態(tài)分子流理論，非平衡態(tài)分子流校準(zhǔn)系統(tǒng)，超音速分子流校準(zhǔn)系統(tǒng)，為空間真空測(cè)量和校準(zhǔn)解決難題；
②研究微小漏氣率測(cè)量、校準(zhǔn)技術(shù)；
③研究解決極高真空的測(cè)量、校準(zhǔn)問題，尋找新的測(cè)量理論；
④研究材料微量放氣率測(cè)量與放氣成分分析技術(shù)
⑤研究解決擴(kuò)散泵返油率的測(cè)量問題，尋找新的測(cè)量方法。
3 真空鍍膜 真空鍍膜是真空科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中z*活躍的一門應(yīng)用技術(shù)，它涉及到鍍膜設(shè)備、工藝、膜材、靶材等諸多方面，薄膜的種類很多，這里只能簡(jiǎn)單論述其中的一部分。
3.1 硬質(zhì)薄膜 自然界中金剛石z*硬，立方氮化硼第二，碳化硼第三。 ?、俳饎偸?CVD法生產(chǎn)): 熱絲CVD法金剛石膜沉積速率可達(dá) 2.5μm/h，HV40~50GPa； ?、贐4C 碳化硼：用磁控濺射法生產(chǎn)，高溫?zé)岱€(wěn)定性好，1100℃以上，它是z*硬材料，HV50.4gPa； ③復(fù)合膜：TiN-第1代；TiCN、TiAlN--第二代; 第三代是多組元復(fù)合膜和多層膜體系;TiN/TiCN、TiN/、TiN/TiAlN、TiN/CrN、TaN/(氮化鉭/氮化鈮)，HV55.6GPa，發(fā)展成多層納米梯度膜- TiAl、TiAl1、TiAl2、ZrN(氮化鋯)。發(fā)展方向：提高膜的韌性、耐磨性、耐熱性、耐蝕性。
3.2 金剛石涂層刀具 研究方向：①提高金剛石涂層與基體之間附著力，設(shè)計(jì)中間過渡層，開發(fā)多涂層刀具; ②增大沉積面積，提高生長(zhǎng)速率; ③研究PVD法金剛石涂層理論和工藝。
3.3 光、電、 磁各種功能膜 這些功能膜種類繁多，性能各異，這里僅舉部分例證。
①發(fā)光薄膜：Y2O3:Eu(尿素D溶液法)Eu(射頻濺射法);
②冷光膜- 可見光區(qū)高反射，紅外光區(qū)高透射，實(shí)現(xiàn)冷光照射，達(dá)到保護(hù)被照物目的;
③有機(jī)光電薄膜：金屬酞菁膜：CuPc-c;CuPc/Z 酞菁氧鈦具有極高光敏系數(shù);
④光電功能復(fù)合膜- Ag-Au-SiO2，Ag-BaO，Ag-SiO2,Ag-MgF2，其中Ag-MgF2納米金屬陶瓷薄膜具有光吸收特性，Ag-BaO具有光電發(fā)射特性； ⑤透明導(dǎo)電膜：ITO(In2O3:),ZAO(ZnO:Al)，IMO(In2O3:Mo);
⑥光致變色薄膜：18烷基取代螺吡喃薄膜(-18),在紫外光照下變色，在可見光照下恢復(fù)無(wú)色，可用于光信息存儲(chǔ)、光控開關(guān)等；
⑦磁光記錄薄膜：FeCo(鉛鐵鈷);
⑧超大規(guī)模集成電路(VLSI)： 在Si基片上濺射Cu或Al，實(shí)現(xiàn)多層布線;
⑨半導(dǎo)體膜：SiC、ZnO；
⑩其它光電磁等特性功能膜： LiF、CaF2用于平面型場(chǎng)發(fā)射顯示器; Fe/Cr多層膜有巨磁電阻(GMR) ; Fe=SiO2膜具有隧道磁電阻效應(yīng)(TMR); TiO2膜具有優(yōu)良的介電、壓電、氣敏和光催化功能; Cu-SCN-Al(有機(jī)絡(luò)和物)有極性記憶效應(yīng); 三乙胺- 四氰-P-醌二甲烷(TEA(TCNQ)2)單晶是一種可以用來進(jìn)行高密度信息存儲(chǔ)的有機(jī)復(fù)合材料; YBCO屬高溫超導(dǎo)(HTS)膜。
3.4 裝飾膜
研究方向：
①對(duì)薄膜材料的研究正向復(fù)合化、 多種類、高性能、新工藝方向發(fā)展
②研究復(fù)合膜的設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、制備方法;
③研究薄膜應(yīng)力( 牢固度) ;
④研究大面積靶材制作技術(shù)，提高靶材利用率。
3.5 前沿課題
①發(fā)現(xiàn)具有新特性的新的膜層材料;
②設(shè)計(jì)具有特殊功能的新的膜系(復(fù)合膜);
③發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)，例如集成電路產(chǎn)業(yè)，信息存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)，平面顯示器產(chǎn)業(yè)，包括液晶顯示器(LCD)，等離子體顯示器(PDP)， 場(chǎng)致發(fā)射顯示器(EL)；
④深入膜層結(jié)構(gòu)與特性關(guān)系等理論研究。
4 空間真空技術(shù) 空間真空技術(shù)是航天技術(shù)和真空技術(shù)相結(jié)合的新的增長(zhǎng)點(diǎn)。宇宙模擬是近年來開展的主要工作。
① 航天器在軌排氣技術(shù)有效載荷艙中的高真空容器，常利用管道接通到航天器外，利用環(huán)境真空抽氣。有效載荷裝置要求超高真空時(shí)， 利用環(huán)境抽氣達(dá)不到要求，因而需發(fā)展帶真空泵的抽氣系統(tǒng)， 利用環(huán)境真空作為前級(jí)泵，再增加超高真空抽氣系統(tǒng)，要求這類系統(tǒng)的體積小，質(zhì)量輕，能耗低。
② 空間的真空測(cè)量技術(shù)在解決 10-11~10-13的極高真空度測(cè)量方面還存在很多困難，要用現(xiàn)有的真空計(jì)測(cè)量空間真空中所遇到的特殊條件下的壓力，還需要在工藝、結(jié)構(gòu)、材料、原理、理論等方面進(jìn)行研究。
③ 空間材料的真空效應(yīng) 空間材料的真空效應(yīng)指航天器材料與空間真空環(huán)境的作用。材料的許多性能在真空中可能發(fā)生變異，其原因是蒸發(fā)、升華、出氣，從而導(dǎo)致材料的質(zhì)量減少。質(zhì)量減少的百分量稱為“質(zhì)量損失”(ML)。材料在空間減少的質(zhì)量逸出到真空環(huán)境中， 改變了真空環(huán)境的狀態(tài)，包括壓力、密度和粒子飛行方向。有些物質(zhì)可能凝結(jié)在航天器的冷表面上，對(duì)航天器敏感表面造成污染。 這些重新凝結(jié)的物質(zhì)稱為“可凝性揮發(fā)物”(VCM)。航天器在無(wú)際的空間運(yùn)行，選材的出發(fā)點(diǎn)是：在額定壽命期由航天器是否能耐受空間真空環(huán)境原材料逸出物對(duì)敏感表面的污染程度?？臻g材料出氣的主要指標(biāo)不是出氣速率、出氣量，而是ML和VCM這些性能的測(cè)量成了關(guān)鍵技術(shù)。
④ 質(zhì)譜與檢漏 質(zhì)譜分析儀是在航天器上使用的主要真空儀器，在空間探測(cè)、載人航天、航天器誘發(fā)污染環(huán)境監(jiān)測(cè)、火箭技術(shù)和地面模擬中會(huì)得到新的應(yīng)用。各種質(zhì)譜儀的完善和數(shù)據(jù)采集的計(jì)算機(jī)化是發(fā)展的必然。檢漏技術(shù)在空間真空技術(shù)中既有理論性探討，也有實(shí)際應(yīng)用問題。為確保航天器密封性及低溫流體安全輸送和長(zhǎng)期貯存，快速、準(zhǔn)確地大容器檢漏是關(guān)鍵技術(shù)。要求靈敏度高、可靠性強(qiáng)、檢測(cè)周期短。
⑤ 空間真空新工藝 在軌航天器上空間真空條件下的焊接，表面改性等。
⑥空間熱、質(zhì)傳遞理論 軌道上的航天器受到太陽(yáng)輻射，地球反照的太陽(yáng)光而吸收熱量。同時(shí)又向冷黑的空間輻射熱量，發(fā)射時(shí)承受大氣層的氣動(dòng)加熱。典型航天器表面溫度高至10000℃以上，低至-200℃以下。航天器本身還有功耗和結(jié)構(gòu)傳熱，使航天器溫度平衡和溫度分布問題十分復(fù)雜。要使航天器上的材料、元件、電子儀器不受傷害，必須控制溫度在一定的范圍內(nèi)，特別是載人航天器允許溫度范圍更小。 因此，航天器的熱設(shè)計(jì)和熱模擬實(shí)驗(yàn)正發(fā)展成空間熱物理學(xué)。航天器用材料在空間“質(zhì)量損失”原理、 損失速率、損失后對(duì)材料性能的改變、如何控制材料的損失等都是傳質(zhì)學(xué)研究的內(nèi)容。例如，衛(wèi)星的機(jī)械消旋軸承、探測(cè)儀、攝像機(jī)、照相機(jī)等儀器的轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)部件，在真空中摩擦系數(shù)加大以后，轉(zhuǎn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)遲緩，甚至發(fā)生冷焊而卡死。
⑦ 空間真空環(huán)境的利用 宇宙真空環(huán)境是清潔、無(wú)菌的、為微生物研究提供了新途徑，為抗生素生產(chǎn)、疫苗培養(yǎng)提供了條件，為超純金屬冶煉研究提供了方便、可靠的環(huán)境。
5 真空干燥 真空干燥是在低壓下進(jìn)行的，物料中水分在低壓下汽化溫度低，可干燥熱敏性物料；干燥室內(nèi)空氣稀薄，含氧量低，可干燥易氧化、易燃、易爆危險(xiǎn)品；能起到消毒無(wú)菌作用，可干燥藥品和生物制品。
5.1 真空干燥設(shè)備的種類 箱式真空干燥設(shè)備 圓筒攪拌型真空干燥設(shè)備 雙錐回轉(zhuǎn)型真空干燥設(shè)備 耙式真空干燥設(shè)備 滾筒型真空干燥設(shè)備 帶式真空干燥設(shè)備 振動(dòng)流動(dòng)真空干燥設(shè)備 圓盤刮板真空干燥機(jī) 木材真空干燥設(shè)備 氣相真空干燥設(shè)備 低頻真空干燥設(shè)備 真空冷凍干燥設(shè)備 5.2 真空干燥的前沿課題
①新型真空干燥設(shè)備的研制，如干燥、粉碎、造粒多功能，噴霧凍干機(jī)，連續(xù)式凍干機(jī)等；
②新材料、新工藝的開發(fā)，如生物醫(yī)學(xué)材料、離體生物組織、納米中藥、“生物導(dǎo)彈”等；
③新理論的研究，如凍干過程中保持生命活性的傳熱傳質(zhì)理論，汽--固相變理論等。
6 真空熱處理 真空熱處理技術(shù)是材料改性先進(jìn)制造技術(shù)的重要領(lǐng)域，是高精度、 優(yōu)質(zhì)、節(jié)能和清潔無(wú)污染的材料熱處理加工技術(shù)。
6.1真空熱處理爐的分類 還有按作業(yè)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)型式、熱源等分類方法。
6.2 真空熱處理的前沿課題
①真空高壓氣淬熱處理工藝、設(shè)備(風(fēng)機(jī)、換熱器)及智能控制系統(tǒng)，0.6~2.0MPa；
②真空高壓氣淬快速換熱理論、氣體流動(dòng)理論；
③真空連續(xù)熱處理生產(chǎn)線及智能控制系統(tǒng)；
④真空高溫高壓燒結(jié)技術(shù)及理論。
7 真空冶金
7.1 真空冶金的特點(diǎn)
① O2 含量少，金屬在高溫下不易氧化；
② 與大氣環(huán)境隔絕，減少了對(duì)金屬的污染；
③抽氣過程可以減少冶煉過程產(chǎn)生的有害氣體夾雜，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；
④金屬沸點(diǎn)降低(例如鉛在常壓下沸點(diǎn)1740℃，在真空中1000℃)，起到了節(jié)能的作用。
7.2 真空冶金的種類
7.3 真空冶金的前沿課題
① 設(shè)備問題：大型水蒸汽噴射泵的設(shè)計(jì)與計(jì)算；大功率電子槍的設(shè)計(jì)與計(jì)算；大型感應(yīng)加熱源的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
② 工藝問題：大容器檢漏技術(shù)；大量生產(chǎn)超細(xì)金屬微粉技術(shù)；
③ 真空冶金新方法的研究
8 結(jié)束語(yǔ) 真空科學(xué)與技術(shù)發(fā)展迅速，涉及的內(nèi)容很廣，本文只對(duì)其中的幾個(gè)方面進(jìn)行探討: 還有很多內(nèi)容: 諸如真空爬壁機(jī)器人，磁流體動(dòng)密封，真空焊接，磁力驅(qū)動(dòng)耦合器等都沒有討論。因此，本文并不是對(duì)真空科學(xué)與技術(shù)前沿課題的全面討論。
本文不包括真空科學(xué)與技術(shù)的高精尖的， 前瞻性較強(qiáng)的科技領(lǐng)域，也沒有涉及到生產(chǎn)實(shí)踐中的難題: 請(qǐng)讀者諒解。本文原本是給學(xué)生的一篇報(bào)告，屬于知識(shí)綜述的范疇，內(nèi)容涉及到許多書籍和論文作者的辛勤勞動(dòng)，因篇幅所限不能一一列出參考文獻(xiàn): 在此一并感謝。 受文章整理時(shí)間和本人水平所限，文中不妥之處歡迎指正。
摘要：試論述真空科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的z*近、z*新的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，分析研究?jī)?nèi)容、研究方向和前沿課題，希望能達(dá)到為生產(chǎn)、教學(xué)和科研導(dǎo)向起到參考作用。
關(guān)鍵詞：真空；鍍膜；干燥；冶金；熱處理中圖分類號(hào)：TB7;O484;TB71+.1;TF13;TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C 文章編號(hào)：1002-0322(2002)06-0003-04 Some front subjects of the vacuum science and technology (School of Mechanical Engineering and Automation,Northeastern University,Shenyang 110004,China) Atract:This paper tries to discu the latest academic trends and analytses the research contents and directio and the front subjects in the field of vacuum science and technology.We hope that it can be available for reference in production、teching and research. Key word:vacuum;film coating;desiccatiometallurgy;heat treatment 真空產(chǎn)品生產(chǎn)廠家、真空行業(yè)的科技工作者每時(shí)每刻都應(yīng)該掌握自己工作領(lǐng)域內(nèi)z*近、z*新的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，研究自己工作范圍內(nèi)的前沿課題，以便給自己定位，確定自己的對(duì)策，找出自己前進(jìn)的方向，積極參加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，不斷改革創(chuàng)新，才能立于不敗之地。尤其是我國(guó)加入WTO之后，真空科技工作者的目光應(yīng)該更遠(yuǎn)大，獲取科技信息就顯得更為重要，它是企業(yè)存在的保障，是科技工作者的生命線。
1 真空泵 真空泵的種類很多，可按下表進(jìn)行分類。
真空泵的前沿課題主要有：
①號(hào)稱21世紀(jì)綠色真空泵的各種無(wú)油泵（干泵）的研制；
②噴射泵、擴(kuò)散泵的理論研究與設(shè)計(jì)計(jì)算；③探索創(chuàng)新泵的工作原理，研制新型泵。
2 真空計(jì)量
真空計(jì)量目前研究的主要內(nèi)容有：
①真空度(全壓力)測(cè)量與校準(zhǔn)；
②真空質(zhì)譜分析，分壓力的測(cè)量與校準(zhǔn)；
③氣體微流量(漏率)的測(cè)量與校準(zhǔn)；
④材料放氣率的測(cè)量；
⑤真空泵抽速測(cè)量。
真空計(jì)量研究的前沿課題可歸納為：
①研究非平衡態(tài)分子流理論，非平衡態(tài)分子流校準(zhǔn)系統(tǒng)，超音速分子流校準(zhǔn)系統(tǒng)，為空間真空測(cè)量和校準(zhǔn)解決難題；
②研究微小漏氣率測(cè)量、校準(zhǔn)技術(shù)；
③研究解決極高真空的測(cè)量、校準(zhǔn)問題，尋找新的測(cè)量理論；
④研究材料微量放氣率測(cè)量與放氣成分分析技術(shù)
⑤研究解決擴(kuò)散泵返油率的測(cè)量問題，尋找新的測(cè)量方法。
3 真空鍍膜 真空鍍膜是真空科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中z*活躍的一門應(yīng)用技術(shù)，它涉及到鍍膜設(shè)備、工藝、膜材、靶材等諸多方面，薄膜的種類很多，這里只能簡(jiǎn)單論述其中的一部分。
3.1 硬質(zhì)薄膜 自然界中金剛石z*硬，立方氮化硼第二，碳化硼第三。 ?、俳饎偸?CVD法生產(chǎn)): 熱絲CVD法金剛石膜沉積速率可達(dá) 2.5μm/h，HV40~50GPa； ?、贐4C 碳化硼：用磁控濺射法生產(chǎn)，高溫?zé)岱€(wěn)定性好，1100℃以上，它是z*硬材料，HV50.4gPa； ③復(fù)合膜：TiN-第1代；TiCN、TiAlN--第二代; 第三代是多組元復(fù)合膜和多層膜體系;TiN/TiCN、TiN/、TiN/TiAlN、TiN/CrN、TaN/(氮化鉭/氮化鈮)，HV55.6GPa，發(fā)展成多層納米梯度膜- TiAl、TiAl1、TiAl2、ZrN(氮化鋯)。發(fā)展方向：提高膜的韌性、耐磨性、耐熱性、耐蝕性。
3.2 金剛石涂層刀具 研究方向：①提高金剛石涂層與基體之間附著力，設(shè)計(jì)中間過渡層，開發(fā)多涂層刀具; ②增大沉積面積，提高生長(zhǎng)速率; ③研究PVD法金剛石涂層理論和工藝。
3.3 光、電、 磁各種功能膜 這些功能膜種類繁多，性能各異，這里僅舉部分例證。
①發(fā)光薄膜：Y2O3:Eu(尿素D溶液法)Eu(射頻濺射法);
②冷光膜- 可見光區(qū)高反射，紅外光區(qū)高透射，實(shí)現(xiàn)冷光照射，達(dá)到保護(hù)被照物目的;
③有機(jī)光電薄膜：金屬酞菁膜：CuPc-c;CuPc/Z 酞菁氧鈦具有極高光敏系數(shù);
④光電功能復(fù)合膜- Ag-Au-SiO2，Ag-BaO，Ag-SiO2,Ag-MgF2，其中Ag-MgF2納米金屬陶瓷薄膜具有光吸收特性，Ag-BaO具有光電發(fā)射特性； ⑤透明導(dǎo)電膜：ITO(In2O3:),ZAO(ZnO:Al)，IMO(In2O3:Mo);
⑥光致變色薄膜：18烷基取代螺吡喃薄膜(-18),在紫外光照下變色，在可見光照下恢復(fù)無(wú)色，可用于光信息存儲(chǔ)、光控開關(guān)等；
⑦磁光記錄薄膜：FeCo(鉛鐵鈷);
⑧超大規(guī)模集成電路(VLSI)： 在Si基片上濺射Cu或Al，實(shí)現(xiàn)多層布線;
⑨半導(dǎo)體膜：SiC、ZnO；
⑩其它光電磁等特性功能膜： LiF、CaF2用于平面型場(chǎng)發(fā)射顯示器; Fe/Cr多層膜有巨磁電阻(GMR) ; Fe=SiO2膜具有隧道磁電阻效應(yīng)(TMR); TiO2膜具有優(yōu)良的介電、壓電、氣敏和光催化功能; Cu-SCN-Al(有機(jī)絡(luò)和物)有極性記憶效應(yīng); 三乙胺- 四氰-P-醌二甲烷(TEA(TCNQ)2)單晶是一種可以用來進(jìn)行高密度信息存儲(chǔ)的有機(jī)復(fù)合材料; YBCO屬高溫超導(dǎo)(HTS)膜。
3.4 裝飾膜
研究方向：
①對(duì)薄膜材料的研究正向復(fù)合化、 多種類、高性能、新工藝方向發(fā)展
②研究復(fù)合膜的設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、制備方法;
③研究薄膜應(yīng)力( 牢固度) ;
④研究大面積靶材制作技術(shù)，提高靶材利用率。
3.5 前沿課題
①發(fā)現(xiàn)具有新特性的新的膜層材料;
②設(shè)計(jì)具有特殊功能的新的膜系(復(fù)合膜);
③發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)，例如集成電路產(chǎn)業(yè)，信息存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)，平面顯示器產(chǎn)業(yè)，包括液晶顯示器(LCD)，等離子體顯示器(PDP)， 場(chǎng)致發(fā)射顯示器(EL)；
④深入膜層結(jié)構(gòu)與特性關(guān)系等理論研究。
4 空間真空技術(shù) 空間真空技術(shù)是航天技術(shù)和真空技術(shù)相結(jié)合的新的增長(zhǎng)點(diǎn)。宇宙模擬是近年來開展的主要工作。
① 航天器在軌排氣技術(shù)有效載荷艙中的高真空容器，常利用管道接通到航天器外，利用環(huán)境真空抽氣。有效載荷裝置要求超高真空時(shí)， 利用環(huán)境抽氣達(dá)不到要求，因而需發(fā)展帶真空泵的抽氣系統(tǒng)， 利用環(huán)境真空作為前級(jí)泵，再增加超高真空抽氣系統(tǒng)，要求這類系統(tǒng)的體積小，質(zhì)量輕，能耗低。
② 空間的真空測(cè)量技術(shù)在解決 10-11~10-13的極高真空度測(cè)量方面還存在很多困難，要用現(xiàn)有的真空計(jì)測(cè)量空間真空中所遇到的特殊條件下的壓力，還需要在工藝、結(jié)構(gòu)、材料、原理、理論等方面進(jìn)行研究。
③ 空間材料的真空效應(yīng) 空間材料的真空效應(yīng)指航天器材料與空間真空環(huán)境的作用。材料的許多性能在真空中可能發(fā)生變異，其原因是蒸發(fā)、升華、出氣，從而導(dǎo)致材料的質(zhì)量減少。質(zhì)量減少的百分量稱為“質(zhì)量損失”(ML)。材料在空間減少的質(zhì)量逸出到真空環(huán)境中， 改變了真空環(huán)境的狀態(tài)，包括壓力、密度和粒子飛行方向。有些物質(zhì)可能凝結(jié)在航天器的冷表面上，對(duì)航天器敏感表面造成污染。 這些重新凝結(jié)的物質(zhì)稱為“可凝性揮發(fā)物”(VCM)。航天器在無(wú)際的空間運(yùn)行，選材的出發(fā)點(diǎn)是：在額定壽命期由航天器是否能耐受空間真空環(huán)境原材料逸出物對(duì)敏感表面的污染程度?？臻g材料出氣的主要指標(biāo)不是出氣速率、出氣量，而是ML和VCM這些性能的測(cè)量成了關(guān)鍵技術(shù)。
④ 質(zhì)譜與檢漏 質(zhì)譜分析儀是在航天器上使用的主要真空儀器，在空間探測(cè)、載人航天、航天器誘發(fā)污染環(huán)境監(jiān)測(cè)、火箭技術(shù)和地面模擬中會(huì)得到新的應(yīng)用。各種質(zhì)譜儀的完善和數(shù)據(jù)采集的計(jì)算機(jī)化是發(fā)展的必然。檢漏技術(shù)在空間真空技術(shù)中既有理論性探討，也有實(shí)際應(yīng)用問題。為確保航天器密封性及低溫流體安全輸送和長(zhǎng)期貯存，快速、準(zhǔn)確地大容器檢漏是關(guān)鍵技術(shù)。要求靈敏度高、可靠性強(qiáng)、檢測(cè)周期短。
⑤ 空間真空新工藝 在軌航天器上空間真空條件下的焊接，表面改性等。
⑥空間熱、質(zhì)傳遞理論 軌道上的航天器受到太陽(yáng)輻射，地球反照的太陽(yáng)光而吸收熱量。同時(shí)又向冷黑的空間輻射熱量，發(fā)射時(shí)承受大氣層的氣動(dòng)加熱。典型航天器表面溫度高至10000℃以上，低至-200℃以下。航天器本身還有功耗和結(jié)構(gòu)傳熱，使航天器溫度平衡和溫度分布問題十分復(fù)雜。要使航天器上的材料、元件、電子儀器不受傷害，必須控制溫度在一定的范圍內(nèi)，特別是載人航天器允許溫度范圍更小。 因此，航天器的熱設(shè)計(jì)和熱模擬實(shí)驗(yàn)正發(fā)展成空間熱物理學(xué)。航天器用材料在空間“質(zhì)量損失”原理、 損失速率、損失后對(duì)材料性能的改變、如何控制材料的損失等都是傳質(zhì)學(xué)研究的內(nèi)容。例如，衛(wèi)星的機(jī)械消旋軸承、探測(cè)儀、攝像機(jī)、照相機(jī)等儀器的轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)部件，在真空中摩擦系數(shù)加大以后，轉(zhuǎn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)遲緩，甚至發(fā)生冷焊而卡死。
⑦ 空間真空環(huán)境的利用 宇宙真空環(huán)境是清潔、無(wú)菌的、為微生物研究提供了新途徑，為抗生素生產(chǎn)、疫苗培養(yǎng)提供了條件，為超純金屬冶煉研究提供了方便、可靠的環(huán)境。
5 真空干燥 真空干燥是在低壓下進(jìn)行的，物料中水分在低壓下汽化溫度低，可干燥熱敏性物料；干燥室內(nèi)空氣稀薄，含氧量低，可干燥易氧化、易燃、易爆危險(xiǎn)品；能起到消毒無(wú)菌作用，可干燥藥品和生物制品。
5.1 真空干燥設(shè)備的種類 箱式真空干燥設(shè)備 圓筒攪拌型真空干燥設(shè)備 雙錐回轉(zhuǎn)型真空干燥設(shè)備 耙式真空干燥設(shè)備 滾筒型真空干燥設(shè)備 帶式真空干燥設(shè)備 振動(dòng)流動(dòng)真空干燥設(shè)備 圓盤刮板真空干燥機(jī) 木材真空干燥設(shè)備 氣相真空干燥設(shè)備 低頻真空干燥設(shè)備 真空冷凍干燥設(shè)備 5.2 真空干燥的前沿課題
①新型真空干燥設(shè)備的研制，如干燥、粉碎、造粒多功能，噴霧凍干機(jī)，連續(xù)式凍干機(jī)等；
②新材料、新工藝的開發(fā)，如生物醫(yī)學(xué)材料、離體生物組織、納米中藥、“生物導(dǎo)彈”等；
③新理論的研究，如凍干過程中保持生命活性的傳熱傳質(zhì)理論，汽--固相變理論等。
6 真空熱處理 真空熱處理技術(shù)是材料改性先進(jìn)制造技術(shù)的重要領(lǐng)域，是高精度、 優(yōu)質(zhì)、節(jié)能和清潔無(wú)污染的材料熱處理加工技術(shù)。
6.1真空熱處理爐的分類 還有按作業(yè)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)型式、熱源等分類方法。
6.2 真空熱處理的前沿課題
①真空高壓氣淬熱處理工藝、設(shè)備(風(fēng)機(jī)、換熱器)及智能控制系統(tǒng)，0.6~2.0MPa；
②真空高壓氣淬快速換熱理論、氣體流動(dòng)理論；
③真空連續(xù)熱處理生產(chǎn)線及智能控制系統(tǒng)；
④真空高溫高壓燒結(jié)技術(shù)及理論。
7 真空冶金
7.1 真空冶金的特點(diǎn)
① O2 含量少，金屬在高溫下不易氧化；
② 與大氣環(huán)境隔絕，減少了對(duì)金屬的污染；
③抽氣過程可以減少冶煉過程產(chǎn)生的有害氣體夾雜，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；
④金屬沸點(diǎn)降低(例如鉛在常壓下沸點(diǎn)1740℃，在真空中1000℃)，起到了節(jié)能的作用。
7.2 真空冶金的種類
7.3 真空冶金的前沿課題
① 設(shè)備問題：大型水蒸汽噴射泵的設(shè)計(jì)與計(jì)算；大功率電子槍的設(shè)計(jì)與計(jì)算；大型感應(yīng)加熱源的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
② 工藝問題：大容器檢漏技術(shù)；大量生產(chǎn)超細(xì)金屬微粉技術(shù)；
③ 真空冶金新方法的研究
8 結(jié)束語(yǔ) 真空科學(xué)與技術(shù)發(fā)展迅速，涉及的內(nèi)容很廣，本文只對(duì)其中的幾個(gè)方面進(jìn)行探討: 還有很多內(nèi)容: 諸如真空爬壁機(jī)器人，磁流體動(dòng)密封，真空焊接，磁力驅(qū)動(dòng)耦合器等都沒有討論。因此，本文并不是對(duì)真空科學(xué)與技術(shù)前沿課題的全面討論。
本文不包括真空科學(xué)與技術(shù)的高精尖的， 前瞻性較強(qiáng)的科技領(lǐng)域，也沒有涉及到生產(chǎn)實(shí)踐中的難題: 請(qǐng)讀者諒解。本文原本是給學(xué)生的一篇報(bào)告，屬于知識(shí)綜述的范疇，內(nèi)容涉及到許多書籍和論文作者的辛勤勞動(dòng)，因篇幅所限不能一一列出參考文獻(xiàn): 在此一并感謝。 受文章整理時(shí)間和本人水平所限，文中不妥之處歡迎指正。
