真空中的材料氣體放出
在真空系統(tǒng)中,對材料的真空性能有特殊要求,其中兩個重要的參數(shù)是材料的透氣和放氣。
在上文中(真空檢漏的必要性及影響系統(tǒng)真空度的氣體來源,http://smsksx.com/leakhunting/095515.html)已經(jīng)提到了真空系統(tǒng)的透氣現(xiàn)象,在真空腔的兩側(cè)如果存在壓強差,任何材料總會或多或少滲透一些氣體。滲透率與氣體的種類和材料的種類有關(guān),而且差異很大。比如鐵和鎳,對氫氣就有較高的滲透率。
物質(zhì)表面吸附(或凍結(jié))有水和油等有機化合物。當物質(zhì)處于真空環(huán)境中時,表面的吸附物會慢慢揮發(fā)或升華成為氣體,逐漸放出。特別是多孔等表面積大的物質(zhì),放出的氣體會極大地影響真空度。要達到較高的真空度,必須選擇放出氣體少的材料。如果從外部沒有導(dǎo)入氣體,經(jīng)過充分時間后真空腔所能達到的壓強由排氣速度和氣體放出量決定。
材料的放氣是一個非常復(fù)雜的過程。首先,物體表面放出的氣體可能會被其他表面吸附,那里又會成為新的氣體放出源。其次,從固體內(nèi)部還不斷有氣體擴散到表面。氣體放出量會隨時間而不斷減少,但不可能達到零。因此,根據(jù)所需達到的壓強,一直到氣體放出可以忽略,都要不停地排氣,而且要維持氣體壓強,也必須不斷排氣。
超高真空中應(yīng)盡量避免使用黃銅材料,因為黃銅中含有大量的Zn。Zn的蒸氣壓高,處于真空中的黃銅如果溫度升高,則Zn會大量放出,從而污染真空系統(tǒng)。
如果氣體的放出量和吸附量成正比例,則放氣率應(yīng)該隨時間t呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系減少,而實際上放氣率隨時間t呈反比例關(guān)系減少。這一現(xiàn)象也證明氣體的吸附和放出過程中有許多復(fù)雜的中間狀態(tài)。一般情況下,金屬和玻璃的放氣率較小,而樹脂和橡膠較大。因此在高真空領(lǐng)域,盡量不用樹脂和橡膠。如圖1所示為幾種材料的放氣率,圖中的數(shù)值表示排氣后的經(jīng)過時間。
圖1 材質(zhì)和放氣率的關(guān)系(圖中的數(shù)值是排氣后的經(jīng)過時間)
關(guān)于氣體放出,簡單總結(jié)如下:
(1)達到高真空度必須選擇放氣率較小的材料;
(2)氣體放出量隨時間增加而減少,但不能達到0;
(3)一般情況下按橡膠、樹脂、陶瓷、金屬、玻璃的順序放氣率依次減小;
(4)放出氣體的主要成分是水蒸氣;
(5)放氣率和材料所處的環(huán)境及表面狀態(tài)有關(guān),難于精確預(yù)測。