Pfeiffer Vacuum

3.2 材料

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:

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/cm2。在面积为 1 m2 的表面上,将产生 100,000 N 的压力。
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 · m3/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。
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 · m3/m2. 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 m2, 体积大约为 200 l),单层释放导致压力上升大约 0.4 Pa or 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 UHV(超高真空)技术 中,材料的选择非常重要。