费勉100问第六期-尊龙凯时官网

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16. 真空螺丝如何选用?

根据材质不同,一般有以下几种螺丝:
不锈钢螺丝,最为常见,但是因为很多有磁性,特别在低温下磁性会显著增强,影响测试实验,所以我们的低温产品不能使用这类螺丝。


mo螺丝,mo一般用作高温材料,也用于我们的样品架上,优点是没有磁性,并且mo的导热系数高(138w/m•k);缺点是mo的材质较脆,容易断裂,另外mo不适合氧化高温环境,500 ℃ 以上如果有o的话,mo会氧化成氧化钼然后不断升华。


ta螺丝,ta一般用作高温材料,加工性能和不锈钢类似,耐腐蚀。缺点是较贵(高纯ta的价格接近1万元一公斤),另外,导热不是很好(57.5 w/m•k)。


铜螺丝,注意这里绝对不是纯铜,因为螺丝材质的基本要求是硬度,所以无氧铜做螺丝没有可行性的,使用几次就坏了,纯铝没法做螺丝同理。
除此之外,我们碰到的螺丝还有:


peek螺丝,这个是用来绝缘的螺丝,强度比金属稍差,但是韧性上强于金属。


钛螺丝,这个也是常见的真空螺丝,但是ti的导热是金属中最差的(21.9 w/m•k),如果用于低温环境的话,钛螺丝降温会比较慢,可能造成整体升降温有点迟滞。


此外,一般对于特殊场合,螺丝和螺母的材质最好有差别,因为我们的使用环境是真空,真空中因为界面很单纯,没有润滑,所以同种材料存在“冷焊”的可能性,就是同种材料会黏在一起,如果异种材料会好很多。
针对这个问题,我们必须清楚的是根据应用场合,螺丝的选择有限。如低温环境下,不能使用不锈钢螺丝,ta/ti、peek的热导不行可能会影响极低温指标,而如果是不可更换的螺丝,用mo的话螺纹的脆性等不确定性都很大,所以目前铍铜或者磷青铜螺丝是最好的选择,如果要避免冷焊,可操作的就是在界面处增加固体润滑,比如mos2,这样可以防止两个铜界面搭在一起。


17. 为什么盲孔上用的螺丝要打放气孔?

螺丝和盲孔底端之间会残留部分空气,在真空条件下,通过螺丝缝的放气速度很慢,如果不打放气孔,这些气体会较难排去,会影响系统真空。


18. 金属密封垫圈可以使用纯铝么?

事实上,纯铝的密封垫圈是存在而且被大量使用的(主要是在工业领域),请参见lesker的网页:(https://www.lesker.com/newweb/flanges/hardware_cf_gaskets.cfm?pgid=aluminum)




在很多其他真空供应商的产品目录上,也都能看到al gasket产品。
作为密封材料,纯al的硬度比无氧铜还要软一点,单纯从这一点上来说,纯铝是可以做为密封垫圈材料的。但是相对无氧铜垫圈,铝的缺点也很明显:
纯铝的清洁比无氧铜要麻烦,因为超声波清洗会在铝表面产生空洞,影响真空,所以纯铝的超声波清洗需要比无氧铜更复杂的工艺,这个限制了纯铝垫圈的使用。
铝的熔点在600℃左右,低于纯铜。而且随着温度的升高,铝的强度在显著下降,所以用铝垫圈的法兰一般明确要求烘烤温度不能超过200℃,而正常的cf法兰的最高烘烤温度会达到400℃,很多标准的真空部件(例如离子泵)正常烘烤温度都在200℃及以上,这个就限制了铝垫圈的使用范围。
此外,除了无氧铜,还有一些材质也是可以作为cf法兰的密封垫圈,例如铝, 如上面描述。
viton(氟橡胶),一般用于高真空领域,但是氟橡胶的抗渗透性偏差,就造成了渗漏的比例会偏高,但是作为可重复利用的密封圈,氟橡胶垫圈在高真空领域有着非常大的用量。
nickel,镍也可作为密封垫圈,ni的硬度约为hv274,比铜和铝都要硬,但是低于304和316不锈钢。镍垫圈的使用范围主要是在腐蚀性的场合,因为镍的抗腐蚀性,所以可以作为腐蚀性环境的密封垫圈。



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