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真空泵系統(tǒng)材質(zhì)應(yīng)用如何選擇？

14.1直空材料的要求與分類
14.1.1材料的真空性能要求  在直空工程領(lǐng)域中、不僅要對(duì)材料的物理、化學(xué)和力學(xué)性能有所要求,而且對(duì)這些材料的
真空性能還有特殊要求
由于在真空容器器壁兩側(cè)的氣體總是存在壓力差,所以任  何種類的器壁材料總要或多或少  地滲透一些氣體,氣體從密度大的一側(cè)向密度小的一側(cè)滲入擴(kuò)散、通過(guò)和逸出固體阻擋層的
過(guò)程稱為滲透、該情況下的穩(wěn)態(tài)流率稱為滲透率  滲透率與氣體和材料的種類有關(guān),在真空工程領(lǐng)域中所用的金屬、玻璃、橡膠及塑料等對(duì)氣體來(lái)說(shuō)或多或少都可以滲透。其滲透量隨不同的氣體和材料而異,而且差異較大
對(duì)金屬來(lái)說(shuō),有些金屬(如不銹鋼、銅、鋁、鉬等)的氣體滲透系數(shù)就很小,在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中可以忽略不計(jì),但對(duì)某些金屬(如鐵、鎳等),氫氣對(duì)它們就具有較高的滲透率。氫氣對(duì)鋼的滲透率隨含碳量的增加而增加,所以選擇低碳鋼做真空室材料為好;另外有些金屬對(duì)氣體的滲透具有選擇性,如氫氣就極容易滲透過(guò)鈀,氧氣易透過(guò)銀等。可以利用這個(gè)性質(zhì)對(duì)氣體進(jìn)行提純和真空檢漏
氣體對(duì)玻璃、陶瓷等的滲透,一般是以分子態(tài)的形式進(jìn)行的。滲透過(guò)程和氣體分子的直徑及材料內(nèi)部微孔大小有關(guān)。含純二氧化硅的石英玻璃的微孔孔徑約為0.4m,其他玻璃因堿金屬離子(鉀、鈉、鋇等)填充于微孔之中,使其有效孔徑變小,所以各種氣體對(duì)石英玻璃的滲透性大,而對(duì)其他玻璃的滲透性就小。由于氮分子的直徑在各種氣體分子中最小,所以氦對(duì)石英玻璃的滲透在氣體固體配偶中是最大的
氣體對(duì)有機(jī)材料(如橡膠、塑料)的滲透過(guò)程一般是以分子態(tài)進(jìn)行的。由于有機(jī)材料的微  孔比較大,因此氣體對(duì)有機(jī)材料的滲透能力比玻璃、金屬要大得多
(1)當(dāng)分子態(tài)滲透達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)
Kp1/6
式中q—單位時(shí)間通過(guò)單位面積的氣體滲透速率,m3(STP)/(m2·s)  K—?dú)怏w滲透系數(shù),K值與氣體固體配偶的性質(zhì)有關(guān),m3(STP)/(m2·s·Pa
—材料的壁厚,cm或mm  (2)當(dāng)原子態(tài)滲透達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)

q=K√p1/6  (14-2)  只要知道滲透系數(shù)K,就可以根據(jù)該材料的壁厚8、壁的面積A,求得氣體滲透量(單位

14.1.1.2材料的放氣性能  Q=FA  任何固體材料在制造過(guò)程中,及在大氣環(huán)境下存放都能溶解、吸附一些氣體,當(dāng)材料置于  (I4-3)
真空中時(shí),原有的動(dòng)態(tài)平衡被破壞,材料就會(huì)因解溶,解吸面放氣,常用的放氣速率單位為  Pa·1/(s·cm2)
放氣速率通常與材料中的氣體含量和溫度成正比,所以有時(shí)(如電直空器件)也用高溫下  材料的放氣總量作為選材依據(jù)。出氣總量的單位,考慮體積含量為主時(shí)可用P:Lg考表  面含量為主時(shí)則用Pa·Lcm2  (1)常溫放氣。大多數(shù)有機(jī)材料放氣的主要成分是水汽,其特點(diǎn)是放氣速率較高,隨時(shí)間  的衰減較慢。因此這類材料一般不宜用作真空容器的內(nèi)部零件。金屬、玻璃、陶瓷的放氣速率  較低,隨時(shí)間的衰減也較快。玻璃和陶瓷的常溫放氣主要來(lái)自表層,主要放氣成分為水汽,其  次為CO和CO2、玻璃經(jīng)烘烤加熱后,表層的水分可以完全去除,金屬的常溫放氣圓主要來(lái)自  表面氧化膜所吸收的水汽,經(jīng)烘烤加熱后,其表面氧化膜中的水汽可以基本除凈,使其常溫放  氣率顯著降低。表面吸附的氣體除掉后的放氣過(guò)程由體內(nèi)擴(kuò)散決定。一般,體內(nèi)放氣的成分有  H2、N2、CmHm、CO、OO2、O2,以H2居多  (2)高溫放氣,某些結(jié)構(gòu)材料如電極、杷材、蒸發(fā)源、加熱裝置等器件,在真空系統(tǒng)的工  藝過(guò)程中常處于高溫狀態(tài)。一般認(rèn)為,材料的高溫放氣主要由體內(nèi)的擴(kuò)散過(guò)程所決定,表面脫  附的氣體量?jī)H占放氣總量的一小部分。玻璃、陶瓷、云母的高溫放氣,除了擴(kuò)散過(guò)程加快外,  與常溫放氣沒(méi)有本質(zhì)差別。而金屬的高溫體擴(kuò)散出氣則不同,由于在金屬內(nèi)部溶解的氣體呈原  子態(tài),所以,在真空中放出的分子態(tài)氣體往往是經(jīng)過(guò)表面反應(yīng)才形成的、一殷,金屬放氣的種  類是CO、H2,CO2、H2O和N2、O2,以前四種居多,其中H2、N2先以原子態(tài)擴(kuò)散逸出  再在表面上結(jié)合成分子態(tài),CO、CO2是由擴(kuò)散到表面的C與表面上的金屬氧化物或氣相中的  O2、H2O反應(yīng)生成的。也有一些金屬(如Ni、Fe)主要受氧在體內(nèi)擴(kuò)散的控制,因此,對(duì)金  屬進(jìn)行脫碳處理可降低CO、CO2的出氣,H2O有的直接來(lái)自表面氧化層,有的則由體內(nèi)擴(kuò)散的氫與表面氧化物反應(yīng)合成
玻璃、金屬的表面層也是高溫放氣的重要來(lái)源。為此采用各種表面處理工藝,如化學(xué)清  洗、有機(jī)蒸氣去脂、拋光、腐蝕、大氣烘烤氧化等,都能大大降低材料的放氣
另外,材料的放

14真空系統(tǒng)中常用材料和真空衛(wèi)生
高氣壓八和蒸發(fā)(升華)速率W之間有以下  下關(guān)系
W=0.058,√A  (14-4)
中W一蒸發(fā)(升華)速率,g/(cm2·s)  A—溫度T時(shí)的飽和蒸氣壓,Pa  M—分子量,g/mol  在真空技術(shù)中,材料的蒸氣壓力和蒸發(fā)(升華)速率都是需要重視的參數(shù)。如:真空  脂、真空規(guī)管的熱燈絲的飽和蒸氣壓均能成為影響極限真空度的氣源;真空鍍膜用材和吸氣劑  的升華速率是設(shè)計(jì)真空鍵膜設(shè)備及吸氣劑泵時(shí)需要考慮的參量:低溫液化氣體的飽和蒸氣壓力  則是與低溫冷凝泵極限壓力有關(guān)的參量  顯然,不能采用在真空系統(tǒng)的工作溫度范圍內(nèi)蒸氣壓力很高的材料。在工作溫度的范圍  內(nèi),所有面對(duì)真空的材料的飽和蒸氣壓力應(yīng)該足夠低,不應(yīng)因?yàn)槠浔旧淼恼魵鈮夯蚍艢馓匦远?nbsp; 使真空系統(tǒng)達(dá)不到所要求的工作真空度(或使真空度過(guò)度降低)。盡管室溫下某些材料的蒸氣  壓很低,甚至有時(shí)覺(jué)察不出來(lái),但隨著溫度的升高,蒸氣壓力最終可以上升到測(cè)得出來(lái)的值例如,某些難熔金屬需要升高到1500℃以上才能測(cè)出其蒸氣壓力值。但是某些金屬(如鋅、鉛等)在300~50℃時(shí)的蒸氣壓力值就很高,超過(guò)了高真空系統(tǒng)所要求的壓力。例如鎘在300℃時(shí)的蒸氣壓力值為10Pa,所以這些金屬(或其合金)不能在帶烘烤的高真空系統(tǒng)或超高  真空系統(tǒng)中使用。其他一些材料,如某些塑料或橡膠,由于其不能加溫烘烤及蒸氣壓過(guò)高,則根本不能在超高真空環(huán)境下使用。

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