真空系统中常用材料和真空卫生.ppt

真空系统中常用材料和真空卫生 真空系统中常用材料和真空卫生 一、真空材料的要求和分类 二、金属及其合金材料 三、非金属材料 四、真空卫生 一、真空材料的要求和分类 1、材料的真空性能要求 2、真空材料的其他性能要求 3、真空材料的分类 4、真空材料的选材原则 材料的真空性能要求 1、气体渗透率：气体从密度大的一侧向密度小的一侧渗入、扩散、通过和溢出固体阻挡层的过程成为渗透。该情况的稳态流率称为渗透率。 渗透率与气体和材料的种类有关。对于金属，有些金属（如不锈钢、铜、铝、钼等）的气体渗透系数很小，在大多数实际应用中可以忽略不计。但对某些金属（如铁、镍等），氢气对他们具有较高的渗透率。氢气对钢的渗透率随含碳量的增加而增加，所以选择低碳钢做真空室材料为好；另外有些金属对气体的渗透具有选择性，如氢气就极容易渗透过钯，氧气易投过银等。可以利用这个性质对气体进行提纯和真空检漏。 气体对玻璃、陶瓷等的渗透，一般是以分子态的形式进行的。渗透过程和气体分子的直径及材料内部微孔大小有关。含纯二氧化硅的石英玻璃的微孔孔径约为0.4nm，其他玻璃因碱金属离子（钾、钠、钡等）填充于微孔之中，使其有效孔径变小，所以各种气体对石英玻璃的渗透性大，而对其他玻璃的渗透性就小。由于氦分子的直径在各种分子中最小，所以氦对石英玻璃的渗透在气体-固体配偶中是最大的。 气体对有机材料（如橡胶、塑料）的渗透过程一般是以分子态进行的。由于有机材料的微孔比较大，因此气体对有机材料的渗透能力比玻璃、金属要大得多。 （1）当分子态渗透达到稳态时 （2）当原子态渗透达到稳态时 只要知道渗透系数K，就可以根据该材料的壁厚?、壁的面积A，求得气体渗透量（单位时间，通过A面积的气体渗透量）为 Q=FA 2、材料的放气性能 任何固体材料在制造过程中，及在大气环境下存放都能溶解、吸附一些气体。当材料置于真空中时，原有的动态平衡被破坏，材料就会因解溶、解吸而放气。常用的放气速率单位为Pa＊L/(s＊cm2). 放气速率通常与材料中的气体含量和温度成正比。所以有时（）也用高温下材料的放气总量作为选材依据。出气总量的单位：考虑体积含量为主时可用Pa＊L/cm2 （1）常温放气。大多数有机材料放气的主要成分是水汽，其特点是放弃速率较高，随时间的衰减较慢，因此这类材料一般不宜用作真空容器的内部零件。金属、玻璃、陶瓷的放气速率较低，随时间的衰减也较快。玻璃和陶瓷的常温放气主要来自表层，主要放气成分为水汽，其次为CO和CO2。玻璃经烘烤加热后，其表面氧化膜中的水汽可以基本除净，使其常温放气率显著降低。表面吸附的气体除掉后的放气过程由体内扩散决定。一般，体内放气的成分有H2、N2、CnHn、CO、CO2、O2，以H2居多。 （2）高温放气。某些结构材料如电极、靶材、蒸发源、加热装置等器材，在真空系统的工艺过程中常处于高温状态。一般认为，材料的高温放气主要由体内的扩散过程所决定，表面脱附的气体量仅占放气总量的一小部分。玻璃、陶瓷。云母的高温放气，除了扩散过程加快外，与常温放气没有本质区别。而金属的高温体扩散出气则不同，由于在金属内部溶解的气体呈原子态，所以，在真空中发出的分子态气体往往是经过表面反应才形成的。一般，金属放气的种类是H2、CO、CO2和N2、O2，以前四种居多。其中H2、N2先以原子态扩散逸出，再在表面上结合成分子态。CO、CO2是由扩散到表面的C与表面上的金属氧化物或气相中的O2、H2O反应生成的。也有一些金属（如Ni、Fe）主要受氧在体内扩散的控制，因此，对金属进行脱碳处理可降低CO、CO2的出气。H2O有的直接来自表面氧化层，有的则由体内扩散的氢与氧化物反应合成。 玻璃、金属的表面层也是高温放气的重要来源。为此采用各种表面处理工艺，如化学清洗。有机蒸汽去脂、抛光、腐蚀、大气烘烤氧化等，都能大大降低材料的放气。 另外，材料的放气速率不仅和所经历的放气时间有关，而且和材料的表面预处理方法、表面状况有很大关系。例如：对子清洁的表面来说，表面的光洁度越高，吸附的水汽就越少；例如，当用邮寄溶剂对表面清洗去脂时，表面的单分子层污染是无法除掉的，只能靠在真空下烘烤来除掉。例如，温度在200℃以上的真空环境下的烘烤可有效地除掉水汽，但要有效除掉氢，则必须在400℃以上的温度下进行真空烘烤。 对真空系统设计来说，仅有材料的放气速率的数据是不够的，因为有许多真空阀的抽气能力是有选择性的，所以如果能进一步知道材料放气中的各种气体成分的比例，就能有针对性地选配合适的真空泵，得到更合理的设计。 3、材料的蒸汽压和蒸发（升华）速率 在一定的温度下，在封闭的真空空间中，由于液体（或固体）气化的结果，使空间的蒸汽密度逐渐增加，当达到一定的蒸汽压力之后，单位时间内脱离液体