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真空泵系統(tǒng)材質(zhì)應用如何選擇？

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、不僅要對材料的物理、化學和力學性能有所要求,而且對這些材料的
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)滲入擴散、通過和逸出固體阻擋層的
過程稱為滲透、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、橡膠及塑料等對氣體來說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
對金屬來說,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)實際應用中可以忽略不計,但對某些金屬(如鐵、鎳等),氫氣對它們就具有較高的滲透率。氫氣對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;另外有些金屬對氣體的滲透具有選擇性,如氫氣就極容易滲透過鈀,氧氣易透過銀等?？梢岳眠@個性質(zhì)對氣體進行提純和真空檢漏
氣體對玻璃、陶瓷等的滲透,一般是以分子態(tài)的形式進行的。滲透過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,所以各種氣體對石英玻璃的滲透性大,而對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,所以氦對石英玻璃的滲透在氣體固體配偶中是最大的
氣體對有機材料(如橡膠、塑料)的滲透過程一般是以分子態(tài)進行的。由于有機材料的微  孔比較大,因此氣體對有機材料的滲透能力比玻璃、金屬要大得多
(1)當分子態(tài)滲透達到穩(wěn)態(tài)時
Kp1/6
式中q—單位時間通過單位面積的氣體滲透速率,m3(STP)/(m2·s)  K—氣體滲透系數(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)當原子態(tài)滲透達到穩(wěn)態(tài)時

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程中,及在大氣環(huán)境下存放都能溶解、吸附一些氣體,當材料置于  (I4-3)
真空中時,原有的動態(tài)平衡被破壞,材料就會因解溶,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(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可用P:Lg考表  面含量為主時則用Pa·Lcm2  (1)常溫放氣。大多數(shù)有機材料放氣的主要成分是水汽,其特點是放氣速率較高,隨時間  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,隨時間的衰減也較快。玻璃和陶瓷的常溫放氣主要來自表層,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程由體內(nèi)擴散決定。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  藝過程中常處于高溫狀態(tài)。一般認為,材料的高溫放氣主要由體內(nèi)的擴散過程所決定,表面脫  附的氣體量僅占放氣總量的一小部分。玻璃、陶瓷、云母的高溫放氣,除了擴散過程加快外,  與常溫放氣沒有本質(zhì)差別。而金屬的高溫體擴散出氣則不同,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)過表面反應才形成的、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)擴散逸出  再在表面上結(jié)合成分子態(tài),CO、CO2是由擴散到表面的C與表面上的金屬氧化物或氣相中的  O2、H2O反應生成的。也有一些金屬(如Ni、Fe)主要受氧在體內(nèi)擴散的控制,因此,對金  屬進行脫碳處理可降低CO、CO2的出氣,H2O有的直接來自表面氧化層,有的則由體內(nèi)擴散的氫與表面氧化物反應合成
玻璃、金屬的表面層也是高溫放氣的重要來源。為此采用各種表面處理工藝,如化學清  洗、有機蒸氣去脂、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  的升華速率是設計真空鍵膜設備及吸氣劑泵時需要考慮的參量: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),所有面對真空的材料的飽和蒸氣壓力應該足夠低,不應因為其本身的蒸氣壓或放氣特性而  使真空系統(tǒng)達不到所要求的工作真空度(或使真空度過度降低)。盡管室溫下某些材料的蒸氣  壓很低,甚至有時覺察不出來,但隨著溫度的升高,蒸氣壓力最終可以上升到測得出來的值例如,某些難熔金屬需要升高到1500℃以上才能測出其蒸氣壓力值。但是某些金屬(如鋅、鉛等)在300~50℃時的蒸氣壓力值就很高,超過了高真空系統(tǒng)所要求的壓力。例如鎘在300℃時的蒸氣壓力值為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高,則根本不能在超高真空環(huán)境下使用。

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