真空閥門的材料選用注意事項

 人們很早就知道某些材料具有很強的吸氣能力，如活性炭等。現在已進一步了解到大多數金屬和非金屬材料或多或少都具有這種能力，這是真空技術，特別是超高真空技術中非常重要的物理現象，可為人們獲得、提高或維持系統的真空度提供重要的手段。但是，對于真空閥門設計來說，感興趣的是這種物理現象的逆過程， 即放氣現象，研究這種放氣現象對于提高真空閥，特別是超高真空閥的產品質量是極其有益的。

材料的放氣是真空閥門總漏量中的一個重要組成部分。氣體的來源主要有：吸附于真空閥零件內表面的氣體；從金屬內部擴散出來的氣體以及金屬表面因發生某種化學反應而釋放出來的氣體。

①不銹鋼的放氣量很小。只及銅的1/10左右， 與鋁相比，則僅為它的1/100左右；

②橡膠與樹脂的放氣量比金屬材料都要高出100倍左右，zui高的如硅橡膠則要高出1000倍以上。

放氣現象與溫度有關，溫度越高，放氣速率越大。 因此用加熱方法除氣是一種十分有效的手段，材料經過烘烤后的放氣量要大大低于未烘烤時的放氣量。

22.4.2蒸氣壓、蒸發、蒸發（升華）速率

物質通常有三種不同的狀態，即氣態、液態、固態。它們依據一定條件而相互變化，液態轉化成氣態的過程稱為蒸發；固態轉化為氣態的過程稱為升華。一定溫度下，在封閉的真空空間中，液體（或固體）汽化的結果，使空間的蒸氣密度逐漸增加，當達到一定蒸氣壓之后，單位時間內脫離液體（或固體）表面的汽化分子數與從空間返回液體（或固體）表面的再凝結分子數相等，即蒸發（或升華）速率與凝結速率達到動態平衡，可認為汽化停止，這時的蒸氣壓稱為該溫度下液體（或固體）的飽和蒸氣壓。

一般來說，在一定溫度下飽和蒸氣壓高的材料，其蒸發（或升華）速率也大，蒸氣壓和蒸發（或升華）速率之間有如下關系：，

W=4. 35X10—4 {（M/T）1/2

式中W——蒸發（升華）速率，g/（cm2 • s）；

M摩爾氣體質量，g/mol;

T~一熱力學溫度，K; p——溫度為了時材料的飽和蒸氣壓，Pa。

在真空技術中，材料的蒸氣壓和蒸發（升華）速率是需要重視的參數。如真空油脂、真空規灼熱燈絲的飽和蒸氣壓，均能成為影響極限真空度的起源。鎘和鋅具有很高的蒸發速率，因此不宜用作超高真空閥件的鍍層材料，如在合金成分中，鎘和鋅的含量很 高，這種合金也應避免采用。

在真空閥門設計中，材料的冷焊是一個不可回避的問題，它可能出現在密封面上、法蘭連接處以及螺紋副上。這種冷焊的機理是，在真空情況下，特別是在超高真空情況下，金屬表面會失去吸氣層，吸氣層的消失會導致金屬表面摩擦因數增加，這樣就有可能 造成金屬接觸表面局部或全部焊住。例如，如果把一塊銅試樣置于超高真空系統中，用幾千千克力把它拉斷，再用50?lOOkgf使其斷開合在一起，結果裂縫會自行消失，裂縫處的強度仍可達到原來強度的96%左右。其他材料也有與此相似的現象。實驗表明，影響冷焊現象的因素很多，但主要因素是溫度， 通常存在這樣一個溫度值，在該值以下，冷焊就不會發生。目前，冷焊現象的研究還只能依靠實驗手段。

選用真空閥門時主要應注意的事項如下：

①所應用的真空區域；

②關閉時閥門兩邊所承受的壓力差；

③閥的漏率；

④能承受的烘烤溫度；

⑤能承受的環境溫度；

⑥以開啟/封閉次數計的壽命；

⑦如為超高真空金屬閥，還需知道其允許的升溫率和降溫率。

參考文獻

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