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真空材料的選擇因素

在真空技術中,材料的要求各不相同。根據應用、環境條件以及要實現的真空度,必須對材料進行測試以滿足相關的要求。


1.在整個操作溫度范圍內要保證足夠的機械強度

除了要保證其結構的完整性,還必須確保功能表面的變形不會對其功能特性造成影響。示例:真空室部件上的大氣壓力大約為10N/cm2。在面積為1m2的表面上,將產生100,000N的壓力。


2.高氣密性

每種材料基本上都是氣體可滲透的。氣體滲透的整個過程被稱為滲透。滲透的快慢取決于材料、氣體類型以及環境條件—特別是溫度。使用彈性體密封件的情況下,其滲透性必須予以考慮。示例:對于DN500ISO-K的FKM(氟橡膠)密封件,在濕度為60%的空氣中,滲透率大約為4·10-7Pa·m3/s.。因此,帶有FKM密封件的真空系統工作壓力很少會超過1·10-8hPa。


3.低固有蒸氣壓、高熔沸點  

固有蒸氣壓太高會限制最終的真空壓力。除了油和潤滑脂的真空兼容性,在合金中,必須考慮金屬固有的蒸氣壓或其在合金中的分壓。示例:對于黃銅制品,鋅在高真空中的分壓被限制在最高允許溫度大約為100°C。


4.清潔表面、低雜質氣體含量、易脫氣

清潔表面是先決條件。但是,任何暴露于環境空氣中的表面都會覆蓋上一層吸附層。以化學或物理形式將分子吸附在材料表面或材料間隙內的氣體分子,一旦解吸(當在它們從表面分離時)也是氣體來源的一部分。要實現高的極限壓力,必須使用具有低解吸率的材料。示例:單層吸附氣體約等于4·10-2Pa·m3/m2.的氣量。設想一根直徑為50cm,長度為100cm的管子,兩端封閉(表面積大約為2m2,體積大約為200l),單層釋放導致壓力上升大約0.4Paor4·10-3hPa。這并沒有考慮管道的表面積總是大于其幾何面積這一實際情況。


5.抗熱沖擊性能好、膨脹率適應性好

示例:不同熱膨脹將鋁密封件與不銹鋼法蘭組合的最高允許溫度限制在150°C左右。經常在過高溫度之后,在冷卻過程中發生密封效果惡化的情況。


6.耐腐蝕性、耐化學性

示例:很多真空鍍膜過程需要化學性質活潑的過程氣體。因此,有必要考慮所使用的液體是否會影響到部件或密封件。尤其是薄壁部件,如金屬波紋管,容易受到腐蝕。如有必要,應該在測試中確定其使用壽命。

對于特殊的應用,可能可能還會對材料有更多要求。

一般的規則是:所需工作壓力越低,對材料的要求越高,可使用的材料選擇性越小。因此,特別在UHV(超高真空)技術中,材料的選擇非常重要。

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