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7. 各种材料可以达到的极限真空?

这个问题问的范围很大,因为每种材料所能到达的极限真空和材料所处的环境及状态有很大的关系,不能单纯以材料而论。

举个简单的例子,水,下图是水在不同温度下的饱和蒸气压。(饱和蒸气压是指气液处于二相平衡时的压强,这个概念在真空领域有非常重要的应用,包括在分子束外延领域)




从以上数据可以看到,水的蒸气压随着温度是指数次方升高的,我们也正是利用这个原理进行烘烤(bakeout),使真空内部的部件在高温下释放出吸附的水气,从而在降温后来提高系统的极限真空。

如果需要查询某个具体材料的饱和蒸气压,可以利用比较常见的搜索引擎;附件中有一个金属材料的饱和蒸气压的经验推算公式,可以给出很多常见材料的饱和蒸气压:log(p/atm) = a b/t c*log(t) d/t3




8. 常用真空金属和非金属材料有哪些,如何选用?

常用的金属材质

● 不锈钢 304,316,316l,316 ln

最常见的材质,600℃以下的结构件,加工简单,成本可控。

● 无氧铜,铍青铜,磷青铜

无氧铜一般用于低温导热或者垫片等材质,可以从极低温一直工作到500℃左右,但是在高温区就不适宜再作为结构件,因为强度大大降低。

铍青铜和磷青铜的特点是硬度很大,同时很耐磨,因此可以作为真空内部的轴承或者耐磨件使用。

铍青铜因为其弹性特点,还被用于很多弹片和插针的制造。

● 钽,钼,钨,钛

这些都是耐高温金属,按照耐高温程度,由低到高的排列是钛,钼,钽,钨

按照加工难易度来说,钨的硬度和难度最高,钼的加工件相对偏脆,钽的加工和不锈钢类似,钛在加工过程中随着温度的升高会出现粘刀的现象。

按照耐腐蚀程度来说,钛在表面会形成致密的保护层,可以用于高温氧化的环境。

而钼在氧气的情况下在500℃以上会形成氧化钼,二氧化钼在高温下会生化,这个就会造成钼材质的原件在高温氧化环境下会不断腐蚀。

常用的非金属材料

● 氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷因为加工简单,特别是批量加工成本较低,所以被大量的用在真空环境中,一般用作绝缘垫片或者高温的隔热材料等等。

● 聚四氟

聚四氟的性状很稳定,而且具有自润滑的特点,因此在真空内部常被用做润滑组件和绝缘组件,聚四氟的最高使用温度可以达到200℃左右,因此可以满足超高真空的烘烤要求。

● peek
聚醚醚酮(peek)树脂是一种性能优异的特种工程塑料,与其他特种工程塑料相比具有更多显著优势,耐正高温260度、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨性、不耐强硝酸、浓硫酸、抗辐射、超强的机械性能可用于高端的机械、核工程和航空等科技。
相对聚四氟,peek可以通过掺杂改性得到很多种不同性质的子类材料,例如耐摩擦,耐腐蚀,隔热等等。以下是一个常见工程塑料的性质对照表。




相关链接:(https://www.gtweed.com/materials/thermoplastics-and-composites/peek-vs-pek-vs-ptfe/)



9. 样品架齿轮啮合处为什么要涂二硫化钼,对真空有没有影响?

齿轮啮合处如果得不到适当润滑,会产生干摩擦,对齿轮造成磨损,可能导致齿轮表面损毁、无法传动甚至卡死。短时间的高速摩擦甚至还可能产生大量热量,影响样品架的降温效果。

纯二硫化钼是黑色固体,层状晶体,材料的每个原子单层间仅以范德华力结合,结合力弱,易滑移,所以具有很好的润滑性,可以用作固体润滑剂。其熔点2375℃,惰性氛围中450度发生升华,因此纯二硫化钼用在真空中不会影响真空度。

实际用到的作为润滑剂的“二硫化钼”,通常会加入其他油脂、活性剂等添加物。根据mos2的含量,可分为




例如,常用的用于螺丝润滑的dow corning二硫化钼,除二硫化钼粉末外,还加入了矿物油、活性剂等添加物。矿物油在室温下的饱和蒸气压高,且沸点较高,难以通过烘烤快速去除,所以不可以在真空内使用。






而对于快干型二硫化钼喷雾,除了二硫化钼、石墨和聚钛酸丁烯之外,其他均为易挥发的有机物。所以在大气状态下使用后,有机物会快速挥发,残留物仅为二硫化钼、石墨等固体润滑剂。这些固体润滑剂沸点高,蒸气压低,不会对真空造成影响。





综上,二硫化钼是否影响真空,取决于添加剂的种类。高沸点高蒸气压的油脂一定不能在真空内使用,而易挥发无残留的可以在真空内使用。



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