國內材料放氣率測試技術的發展
2000 年,中國科學技術大學國家同步輻射實驗室研究釹鐵硼材料放氣率的測量裝置,測試真空系統由SUS316 L 不銹鋼制成,可經受400℃高溫烘烤,并選用雙分子泵組作為抽氣系統,極限
真空能達到3×10- 8 Pa,如圖8 所示。表面熱出氣率小于或等于2×10- 11 Pa·L/s,系統本身的放氣率遠遠低于測試樣品的放氣率。上下兩室各裝有一只經過校準的B- A 離子規。兩室之間選用流導為2.3 L/s(20℃,氮氣)的小孔。通過對所測得數據進行計算、分析、比較,用計算機畫出熱出氣率曲線。
圖8 國家同步輻射實驗室的材料放氣率裝置
2004 年,中國科學院近代物理研究所研究不銹鋼材料在真空爐高溫除氣后的出氣性能裝置,極限真空1×10- 7 Pa,小孔流導1.3×10- 2 m3/s,溫升率小于0.2℃/s,最高溫度900℃,測量上限1×10- 4 Pa·m3/s,測量下限7×10- 7 Pa·m3/s,如圖9 所示。試樣采用紅外線加熱,最高溫度能達到900℃,能測量不同溫度下的放氣率,溫度測量方法用K 型熱電偶。采用雙測試系統,便于放入試樣對真空系統預排氣。
圖9 升溫出氣測試裝置示意圖
蘭州物理研究所正在研制材料放氣率裝置,可采用定容法和小孔流導法測量材料放氣率,如圖10 所示。超高真空室選用雙分子泵抽氣機組,設計極限真空為5×10- 8 Pa。高真空室選用單分子泵抽氣機組,設計極限真空為5×10- 6 Pa。測試真空系統由SUS316 L 不銹鋼制成,經過機械拋光,真空高溫除氣以及內表面高溫氧化防滲H2處理工藝,經受300℃~400℃高溫烘烤后,表面熱出氣率小于或等于5×10- 14 Pa·m3/s·cm2。試樣室內放置試樣,通過雙測試室與超高真空室連接,測試室與超高真空室之間的小孔流導約為6 L/s。1 L 的標準體積通過截止閥與試樣室連接,用于測量試樣室內的容積。試樣采用輻射的方式加熱,溫度控制范圍(45℃~500℃)。
1、2.分離規; 3.冷規; 4.磁懸浮規; 5.電容薄膜規; 6、7、8、15、16、22、28.超高真空角閥; 9、20、21、26、31. 截止閥; 10. 超高真空室; 11、12.小孔;13、14.測試室; 17.加熱系統; 18.試樣; 19.試樣室; 23.四極質譜計; 24、25、29.分子泵; 27、30.機械泵; 32.氮氣瓶
圖10 材料放氣率測試裝置示意圖
關閉閥門15、16、28,通過測量試樣室在靜態下的壓力上升率計算放氣量,試樣室內的壓力采用磁懸浮規和電容薄膜規測量,磁懸浮規和電容薄膜規沒有吸放氣效應。打開閥門15 或16,關閉閥門28,試樣的放氣量與通過小孔的氣體量形成動態平衡,采用轉換氣體通路的方法測量試樣的放氣量。打開閥門15、關閉閥門16,測量總的放氣量QZ;打開閥門16、關閉閥門15,測量測試室13 內本底的放氣量Qg,同時在測試室14 內利用質譜計分析氣體成分。QZ 和Qg 相減即為試樣和試樣室內的放氣量,可以采用同一支規測量材料的放氣率。試樣室內的放氣量在不放置試樣時測量。試樣的放氣率為放氣量除以試樣的表面積。該項目正在進行之中,更詳細的研究內容將另文發表。