真空凍干科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域

真空凍干科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域

　　真空鍍膜技術(shù)是真空應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要分支，它已廣泛地應(yīng)用于光學(xué)、電子學(xué)、能源開(kāi)發(fā)，理化儀器、建筑機(jī)械、包裝、民用制品、表面科學(xué)以及科學(xué)研究等領(lǐng)域中。真空鍍膜所采用的方法主要有蒸發(fā)鍍、濺射鍍、離子鍍、束流沉積鍍以及分子束外延等。此外還有化學(xué)氣相沉積法。如果從真空鍍膜的目的是為了改變物質(zhì)表面的物理、化學(xué)性能的話，這一技術(shù)又是真空表面處理技術(shù)中的重要組成部分，其分類如表 6 所示。現(xiàn)就其幾個(gè)主要應(yīng)用方面做一簡(jiǎn)單介紹。首先在光學(xué)方面，一塊光學(xué)玻璃或石英表面上鍍一層或幾層不同物質(zhì)的薄膜后，即可成為高反射或無(wú)反射(即增透膜)或者作任何預(yù)期比例的反射或透射材料，也可以作成對(duì)某種波長(zhǎng)的吸收，而對(duì)另一種波長(zhǎng)的透射的濾色片。高反射膜從大口徑的天文望遠(yuǎn)鏡和各種激光器開(kāi)始、一直到新型建筑物的大窗鍍膜茉莉，都很需要。增透膜則大量用于照相和各種激光器開(kāi)始、一直到新型建筑物的大窗鍍膜玻璃，都很需要。增透膜則大量用于照相機(jī)和電視攝象機(jī)的鏡頭上。在電子學(xué)方面真空鍍膜更占有極為重要的地位。各種規(guī)模的繼承電路。包括存貯器、運(yùn)算器、告訴邏輯元件等都要采用導(dǎo)電膜、絕緣膜和保護(hù)膜。作為制備電路的掩膜則用到鉻膜。磁帶、磁盤(pán)、半導(dǎo)體激光器，約瑟夫遜器件、電荷耦合器件( CCD )也都甬道各種薄膜。在顯示器件方面，錄象磁頭、高密度錄象帶以及平面顯示裝置的透明導(dǎo)電膜、攝像管光導(dǎo)膜、顯示管熒光屏的鋁襯等也都是采用真空鍍膜法制備。在元件方面，在真空中蒸發(fā)鎳鉻，鉻或金屬陶瓷可以制造電阻，在塑料上蒸發(fā)鋁、一氧化硅、二氧化鈦等可以制造電容器，蒸發(fā)硒可以得到靜電復(fù)印機(jī)用的硒鼓、蒸發(fā)鈦酸鋇可以制造磁致伸縮的起聲元件等等。真空蒸發(fā)還可以用于制造超導(dǎo)膜和慣性約束巨變反應(yīng)用的微珠鍍層。此外還可以對(duì)珠寶、鐘表外殼表面、紡織品金屬花紋、金絲銀絲線等蒸鍍裝飾用薄膜，以及采用濺射鍍或離子鍍對(duì)刀具、模具等制造超硬膜。近兩年內(nèi)所興起的多弧離子鍍制備鈦金制品，如不銹鋼薄板、鏡面板、包柱、扶手、床托架、樓梯欄桿等目前正在盛行。

表6 真空表面處理技術(shù)的分類

5、真空在食品包裝及冷凍干燥工業(yè)中的應(yīng)用

　　近二十年來(lái)利用真空氣氛對(duì)食品進(jìn)行保鮮的包裝技術(shù)發(fā)展較快。因?yàn)檫@種包裝不但具有免除氧氣使食品不易腐爛變質(zhì)，貼體和充氣包裝即可不受昆蟲(chóng)危害又可抑制霉菌生長(zhǎng)，可提高和延長(zhǎng)食品保鮮程度和存放時(shí)間等特點(diǎn)，而且包裝設(shè)備大多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉，采用的塑料包裝材料成本低、美觀大方、易于普及。真空包裝的食品種類較多，如榨菜、大頭菜、海帶、香腸、扒雞、燒鴨、豆制品、奶粉、麥乳精等等。由于新鮮的產(chǎn)品從收獲到另售過(guò)程中所經(jīng)過(guò)的中間環(huán)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，損失嚴(yán)重易提高銷售價(jià)格，而真空包裝工藝的推廣，將使新鮮產(chǎn)品的價(jià)格和冷藏費(fèi)用降低，從而可緩和供需之間的矛循。因此真空保鮮必將成為潛力極大的市場(chǎng)而活躍在人們的生活中。

　　真空冷凍干燥技術(shù)zui早出現(xiàn)于二十世紀(jì)初，近年來(lái)發(fā)展很快。這是因?yàn)樗c通常的熱曬、熱風(fēng)干燥，紅外干燥，高頻干燥相比較具有很多的優(yōu)點(diǎn)。由于冷凍干燥的工藝過(guò)程是先將被干物料凍結(jié)，然后抽真空，使物料中已凍結(jié)成冰的水份不經(jīng)過(guò)液態(tài)而直接升華去掉。因此凍干后的制品、不但可以呈現(xiàn)多孔性狀態(tài)而保持原來(lái)的形狀，便其加水后易恢復(fù)原狀，而且低溫干燥還可以防止物料熱分解。同時(shí)由于真空氣氛下干燥的物料免除了氧化作用，因此干燥后的制品，其物理、化學(xué)和生物性能可*不變。真空冷凍干燥的應(yīng)用范圍正在逐年擴(kuò)大。具應(yīng)用實(shí)便如表 7 所示。

表7 真空冷凍干燥的應(yīng)用范圍及實(shí)例

6、真空在航天工業(yè)中的應(yīng)用

　　真空科學(xué)與航天技術(shù)密切相關(guān)的主要環(huán)節(jié)來(lái)至于空間的環(huán)境模擬，因?yàn)檫\(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、載人飛船、空間站、宇宙探測(cè)器以及航天飛機(jī)等各種空間飛行器，在空間飛行的過(guò)程中、都是在宇宙的自然真空中進(jìn)行的。因此他們除了直接的受到空間真空環(huán)境的影響外，還要受到太陽(yáng)輻射、各種帶電粒子及溫度的影響。這些因素將造成材料性能的改變或損傷;儀器靈敏度的失靈，從而會(huì)破壞這些飛行器的工作，甚至?xí)斐捎詈絾T的傷亡。為此，在地面上建立模擬空間環(huán)境的宇宙空間模擬實(shí)驗(yàn)裝置，是非常必要的。因?yàn)橹挥性诟鞣N飛行器上天之前通過(guò)地面的模擬實(shí)驗(yàn)。掌握航天器在空間工作的條件和特性，消除飛行中的各種隱患，才能確保飛行器及宇航員的安全。為了滿足這些要求，目前在地面上建立起的各種模擬裝置較多。表 8 給出了幾種主要模擬裝置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其對(duì)真空度的要求。供讀者參考。

表8 宇宙空間模擬設(shè)備的分類、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)用真空度

7、真空在加速器及受控核聚變中的應(yīng)用

　　加速器是對(duì)粒子加速使被加速的粒子獲得高能源的裝置，在加速器中能夠產(chǎn)生各種能量的電子、質(zhì)子、氘、a粒子及其它重離子。利用這些粒子與物質(zhì)的相互作用，還可以產(chǎn)生各種帶電和不帶電的次級(jí)粒子，如7粒子、中子、多種介子、超子、反粒子等。加速器產(chǎn) 生的粒子和射線已經(jīng)用于核物理的研究以及醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)食品等部門(mén)。

　　為確保粒子與殘余氣體分子不發(fā)生碰撞 散射現(xiàn)象、真空度必須達(dá)到保證粒子直線運(yùn)動(dòng)的要求，否則不但會(huì)引起束流損失或粒子達(dá)不到高的能 量，而且也易發(fā)生真空絕緣不夠?qū)е录?速器擊穿，使加速器不能處于正常工作狀態(tài)。表9是各種加速器的分類及它們所要求 的真空 度。

表9 加速器的類型及其真空度范圍

　　隨著地球上石油儲(chǔ)量的逐漸減少及大量能源消耗中所引起的環(huán)境污染。新能源的開(kāi)發(fā)已經(jīng)提到日程，其中受控核聚變所產(chǎn)生的巨大能源的利用，就是的一種。

　　目前，在這種新能源的開(kāi)發(fā)上主要有兩種，一種是利用重原子核裂變?yōu)閮蓚€(gè)輕原子核。在其裂變反應(yīng)過(guò)程中所釋放出來(lái)的巨大的能量來(lái)發(fā)電、建立原子能發(fā)電站;另一種是利用兩個(gè)輕原子( 如氘、氚 )聚合成一個(gè)重原子核能釋放出來(lái)的巨大能量，這就是核聚變反應(yīng)。利用這種反應(yīng)所產(chǎn)生的能量，必須對(duì)反應(yīng)過(guò)程加以控制，因此稱為受控核聚變。由于這種聚變的原料氘和氚的來(lái)源可從取之不盡的海水中提取，因此它的發(fā)展前途是不言而喻的。

　　核聚變反應(yīng)要求的溫度很高：1.約為2億度，這樣高的溫度、只有像太陽(yáng)那樣的恒星內(nèi)部才能達(dá)到。在聚變反應(yīng)中，如果氘氚中含有雜質(zhì)、這種超高溫是很難達(dá)到的。因此將核聚變裝置中抽到十分清潔的超高真空是必*的條件。通常要求的真空度在10-7 ～ 10-9Pa范圍內(nèi)

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