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真空材料的选择


  在真空技术中,材料的要求各不相同。根据应用、环境条件以及要实现的真空度,必须对材料进行测试以满足相关的要求。
  下面列出了必须考虑的几个重要条件:
■ 高气密性:
  每种材料基本上都是气体可渗透的。气体渗透的整个过程被称为渗透。渗透的快慢取决于材料、气体类型以及环境条件—特别是温度。使用弹性体密封件的情况下,其渗透性必须予以考虑。示例:对于 DN 500 ISO-K 的 FKM(氟橡胶)密封件,在湿度为 60% 的空气中,渗透率大约为 4· 10 -7 Pa · m 3 /s。因此,带有 FKM 密封件的真空系统工作压力很少会超过 1 · 10 -8 hPa。
■ 在整个操作温度范围内要保证足够的机械强度:
  除了要保证其结构的完整性,还必须确保功能表面的变形不会对其功能特性造成影响。示例:真空室部件上的大气压力大约为 10 N/cm 2 。在面积为 1 m 2 的表面上,将产生100,000 N 的压力。
■ 低固有蒸气压、高熔沸点:
  固有蒸气压太高会限制最终的真空压力。除了油和润滑脂的真空兼容性,在合金中,必须考虑金属固有的蒸气压或其在合金中的分压。示例:对于黄铜制品,锌在高真空中的分压被限制在最高允许温度大约为 100°C。
■ 清洁表面、低杂质气体含量、易脱气:
  清洁表面是先决条件。但是,任何暴露于环境空气中的表面都会覆盖上一层吸附层。以化学或物理形式将分子吸附在材料表面或材料间隙内的气体分子,一旦解吸(当在它们从表面分离时)也是气体来源的一部分。要实现高的极限压力,必须使用具有低解吸率的材料。示例:单层吸附气体约等于 4 · 10 -2 Pa · m 3 /m 2 的气量。设想一根直径为50 cm,长度为 100 cm 的管子,两端封闭(表面积大约为2 m 2 ,体积大约为 200 l),单层释放导致压力上升大约0.4 Pa 或 4 · 10 -3 hPa。这并没有考虑管道的表面积总是大于其几何面积这一实际情况。
■ 抗热冲击性能好、膨胀率适应性好:
  示例:不同热膨胀将铝密封件与不锈钢法兰组合的最高允许温度限制在 150°C 左右。经常在过高温度之后,在冷却过程中发生密封效果恶化的情况。
■ 耐腐蚀性、耐化学性:
  示例:很多真空镀膜过程需要化学性质活泼的过程气体。因此,有必要考虑所使用的液体是否会影响到部件或密封件。尤其是薄壁部件,如金属波纹管,容易受到腐蚀。如有必要,应该在测试中确定其使用寿命。对于特殊的应用,可能可能还会对材料有更多要求。
  一般的规则是:所需工作压力越低,对材料的要求越高,可使用的材料选择性越小。因此,特别在HV(超高真空)技术中,材料的选择非常重要。

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