【正文】 鎳鈷合金，它是在玻璃－金屬密封封接中最常用的合金。它的膨脹系數(shù)與幾種硬質(zhì)玻璃、陶瓷相匹配。 可伐的抗腐蝕性不如不銹鋼 鉻鉻的熔點是 1900℃( 1Pa時，蒸發(fā)溫度為 1397℃ )。鉻的附著力強，可以作為附著力較差的鍍膜材料的 “ 附著劑 ” ，即做為基體和膜層界面的過渡金屬。 非金屬材料 真空系統(tǒng)中常用的非金屬材料 :密封材料和絕緣材料 玻璃 玻璃是由多種無機氧化物熔煉而成的，其主要成份是二氧化硅（ SiO2） 。 玻璃只有軟化點而無確切的熔點和凝固點，其粘度或剛性隨溫度的升高而逐漸下降。玻璃很硬、剛性和脆性很大，且大多數(shù)是透明的，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對大多數(shù)氣體來說，玻璃的滲透率非常低。 真空技術(shù)中用玻璃的優(yōu)缺點 玻璃的分類 軟玻璃： 熱膨脹系數(shù)在 70 10－ ℃ 1；硬玻璃： 熱膨脹系數(shù)在 (5～ 65) 10－ －1℃ － 1之間。 不同氧化物與二氧化硅的熔合，可以制成不同特性的玻璃，分類如 下：（ 1）鉛玻璃 ：含有 35～ 65％ 的 SiO2和 Al2O 氧化鉛 （～ 15％） 和堿性氧化物。 鉛玻璃極易加工、電阻率很高。常用制作照明燈具（燈泡和燈管）等。重鉛玻璃通常較軟，一般用來屏蔽輻射。（ 2）鈉鈣玻璃 ： 含有 65～ 75％ SiO2和 Al2O ～ 15％ Na2O、～ 10％ CaO（石灰）及其它氧化物 大多數(shù)的鈉鈣玻璃和鉛玻璃同屬于軟玻璃 （ 3）硼硅玻璃 ： 75～ 95％的 SiO2和礬土，其余成分主要是氧化硼。 硼硅玻璃的熱膨脹系數(shù)低而電阻高，抗熱沖擊性好并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 用途：太陽能集熱管等 （ 4）石英玻璃 ： 所含的 SiO2≥ 96% 石英玻璃的熱膨脹系數(shù)非常低，能承受很大的熱沖擊?？稍?900℃ 高溫下持續(xù)使用，只有在 1200～1500℃ 時才變軟。石英玻璃的硬度比硼硅玻璃高，加工更困難。 ，氦對石英玻璃的滲透在氣體－固體配偶中是最大的。玻璃的粘度 、熱膨脹系數(shù)與熱導(dǎo)率 電阻率與電擊穿強度 玻璃的機械性能 。 1） 電阻率 2） 電擊穿強度 :體電阻率值很高（可達 1019Ω .cm） 產(chǎn)生電擊穿所需的電場強度 玻璃的抗化學(xué)腐蝕性能 玻璃的滲透率與放氣 室溫下玻璃的蒸氣壓極低。除了 H2和 He之外，實際上玻璃對其余所有的氣體都不滲透。在制備玻璃過程中，氣體被捕獲于玻璃內(nèi)部成為合成產(chǎn)物，而且還被吸附在表面上。鈉鈣玻璃最大放氣量在 140℃ ，鉛玻璃在 175℃ ，硼硅玻璃在300℃ 。 陶瓷 陶瓷的性質(zhì) 真空中常用的陶瓷硬而脆、強度高、熱穩(wěn)定性好，能承受高溫（軟化溫度約為 1900℃ ）和高場強。1） 硅酸鹽陶瓷 硬瓷、鎂 鋁硅酸鹽、無堿鋁陶瓷、鋯石陶瓷2） 氧化物陶瓷 氧化鋁（ 藍寶石 ） ， Al2O3MgO陶瓷 3） 可機械加工的陶瓷 Macor 、 Lavas 、 氮化硼（ BN） 塑料 氟塑料（聚四氟乙烯）良好的電絕緣性能 化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定 進行切削加工 改性聚四氟乙烯 ：燒結(jié)成形時加入不同的添料 用途：密封墊片、永久或移動的引入裝置的密封、絕緣元件和低摩擦的運動元件等 應(yīng)用溫度范圍為 － 80℃ ～ 200℃ ，最高工作溫度可達到 250℃ 。聚乙烯和聚丙烯 尼龍 有機玻璃低于 100℃ 以下使用 蒸氣壓可達到 5 105Pa。 碳 (石墨 )及碳纖維制品 碳（石墨）纖維 橡膠 天然乳膠制成的硫化橡膠、合成橡膠 （硫化）橡膠 在天然橡膠中加入填料和添加劑使之硬化和硫化而成 表面呈多孔狀，放氣量大（ H碳?xì)浠衔镆约耙讚]發(fā)氣體）。室溫下的蒸氣壓高（ ≈ 102Pa），對大多數(shù)的氣體（特別是 H2和 CO2）的滲透率高。 只限用于工作在室溫或接近室溫的連續(xù)抽空的粗、低真空系統(tǒng)。常用做墊片和膠管。 合成橡膠 分為普通、耐油、耐熱幾種。放氣率和透氣率顯著低于普通軟橡膠。1).丁基、氯丁、丁晴橡膠：低、高真空中廣泛采用工作溫度范圍：－ 20～ 80℃ ，在 90～ 100℃ 時出現(xiàn)永久變形，在低于－ 20℃ 時彈性減弱。氯丁橡膠 ： 在真空中易揮發(fā)，適用于低真空 丁基橡膠 ： 用于 105Pa的真空中，當(dāng)真空度高于106Pa時，出現(xiàn)升華，其重量損失可達 30％ 丁晴橡膠 ： 耐油性及其它各項性能均較完善，在真空中的放氣量和透氣性比丁基橡膠大，適用于 104Pa以下的真空密封 2).氟橡膠：是一種耐熱耐油性好、放氣量小、透氣性低的真空材料。適用于高真空和超高真空中。 工作溫度：－ 10～ 200℃ ，可以短時間在 270℃ 下工作。 在高溫、高真空下具有較小的出氣率和極小的升華失重值，因而它的真空性能極好。 在 10 7 Pa壓力下因升華只減少重量的 2%左右，并不影響密封。所以氟橡膠可用于 10 7～10 8 Pa的超高真空密封。 由于氟橡膠是長鏈聚合物（分子量達 60,000），所以它對過氧化氫、氧、臭氧、許多溶劑油及潤滑劑都不起反應(yīng)。 真空密封橡膠的選擇 正確的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計 ＋ 合理選擇密封材料影響真空密封性能的主要因素： 耐熱性、壓縮變形性、漏氣率、氣透性、出氣率及升華失重 1) 耐熱性 ： 保證真空系統(tǒng)烘烤除氣的順利進行 一般烘烤溫度在 120℃ 以下和 105Pa的真空度下，采用丁基或丁晴橡膠；如果要求更高的烘烤溫度，并且要求在超高真空環(huán)境中工作的，則需采用氟橡膠。2) 耐壓縮變形性 保證密封的可靠性和密封壽命，真空密封橡膠應(yīng)具有較小的壓縮變形值（小于 35％ ） 3) 漏氣率 d0－試樣原高度； ds－試樣壓縮后的高度； d1－壓縮后在相同溫度下保持一定時間，然后經(jīng) 30min 卸載并冷卻到 25℃ 時的試樣高度。4) 氣透性 ： 由于材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定 ， 不同橡膠在不同溫度下對空氣的氣透性不同不同的氣體在不同橡膠中的氣透性也不一樣 在同一氣體中，氣透性大小的順序為：天然橡膠＞丁苯膠＞丁晴膠＞氯丁膠＞丁基膠 5) 出氣率 ： 在一定溫度下，單位時間內(nèi)橡膠單位面積上的出氣量 真空密封中一般要求在 10－ 4～ 10－ 5 在 25℃ 溫度下，抽氣一小時后，出氣率的計算公式： K=102u1/2 式中 K－ 出氣率 u －氣體滲透系數(shù)各種橡膠出氣率的大小排列：氯醇橡膠＞乙烯基硅橡膠＞天然橡膠＞丁晴橡膠＞氯丁橡膠＞氟橡膠 。6)橡膠的升華：橡膠在一定的真空度和溫度下的失重叫升華 。 一般要求升華值小于 10％ 按真空升華值的大小，對各種橡膠作如下排列： 天然橡膠＞丁晴橡膠＞氯丁橡膠＞氯醇橡膠＞乙烯硅橡膠＞氟橡膠。在高真空系統(tǒng)中，橡膠密封元件對真空系統(tǒng)極限壓力的主要影響因素是材料的 漏氣率 和出氣率 。其它真空材料真空泵的工作介質(zhì) 機械泵油 ：適當(dāng)?shù)恼扯?、較低的飽和蒸氣壓。擴散泵油 ：為了獲得較低的入口壓力及較少的返流 率，要求泵油在常溫下具有很低的飽和蒸氣壓，含易揮發(fā)（輕餾分）的成份少、溶解氣體的能力低，粘度適宜。同時希望在鍋爐溫度下，泵油具有較高的蒸氣壓以保證足夠密度的蒸汽射流抽氣。熱穩(wěn)定性及抗高溫氧化性好。n擴散噴射泵油 ：由于要求油增壓泵在高壓力 （ 10～102Pa） 下有較高的抽氣量，所以泵油的熱穩(wěn)定性和抗氧化性一定要好。在鍋爐溫度下有較高的飽和蒸汽壓（室溫下的蒸汽壓并不需要很低），餾分要窄。 輔助密封材料 真空輔助密封材料主要依據(jù)真空密封的部位和真空度不同分為封蠟、封脂、封泥和封漆等。1)真空封蠟 2)真空封脂 ： 主要用于真空系統(tǒng)的磨口、活拴及活動連接處的密封和潤滑，是一種脂膏狀物質(zhì)。 3)真空封泥 ： 由高粘度低蒸氣壓的石蠟與高嶺土為主要原料混合而成的一種油泥。 適于低真空系統(tǒng)略有振動且經(jīng)常拆卸的部位，或臨時密封用。 4)真空漆 ：刷涂或噴涂于零件表面及焊縫用來堵漏或防止 H2滲入金屬器壁中。 飽和蒸氣壓較低（約 110 － 4 Pa），在干燥和硬化后能承受 200℃ 以下的溫度，具有良好的抗腐蝕能力。 真空粘接劑1).環(huán)氧樹脂封膠 是膠合能力特別強的一種膠合劑 ,它的飽和蒸汽壓較低 ,使用溫度高，即使在 200℃ 溫度下，也能保證可靠的密封及足夠的機械強度。能用在 104Pa的真空系統(tǒng)中 。 可與金屬、陶瓷或玻璃形成高強度的粘合。并可耐 120℃ 烘烤，長期保持牢固 。（ 3).厭氧膠 ： 厭氧膠是單組分膠，室溫固化。使用時操作簡單，不需配比混合，它不含溶劑，滲透性好，能滲入并填滿整個漏縫空間 。 固化后強度高（剪切強度高達 250～ 350kg/cm2），且能耐油、鹽、酸、堿、有機溶劑等介質(zhì)的腐蝕，絕緣強度高，膨脹系數(shù)與鐵相接近，對金屬有防銹作用。 受到工作溫度和蒸氣壓的限制，僅適用于使用溫度在 150℃ 以下的一般真空系統(tǒng)，不宜在需要烘烤的超高真空和潔凈真空場合下應(yīng)用。真空中所用的吸氣劑分 蒸散型 和 非蒸散型 兩類 吸氣劑與吸附劑 吸氣劑(1). 蒸散型吸氣劑 ： 如鈣、鎂、鍶、鋇等。目前常用的主要有鋇鋁合金 （ BaAl4） 吸氣劑。 主要用于電真空器件中 ，如 用于顯象管等器件中 。(2). 非蒸散型吸氣劑是體積型的吸氣劑（涂層型） 做成線、條粉狀放于器件的柵、陽極等處 高溫吸氣 （一般工作溫度 為 600℃ ），但是在 低溫下它們不吸氣 。 吸附劑與吸氣劑相反，它是在低溫下具有良好的吸氣性能，溫度升高時要解吸放氣 吸附劑 這類吸附劑常用于冷吸附泵、阱用物理吸附劑。常用的有：分子篩、活性碳、活性氧化鋁、硅膠等。分子篩 是一種人工合成的吸附劑，其原粉的粒度范圍為 1～10μ m。分子篩的容積大約有一半是空腔。小于晶孔直徑的氣體分子即可通過晶孔而吸附于晶穴的內(nèi)表面。其巨大的內(nèi)表面積決定了分子篩能大量吸氣的特性。例如： 5A型的內(nèi)表面積為 585m2/g， 13X型的內(nèi)表面積為 520m2/g。在液氮溫度下，分子篩吸附的氣體體積約為其自身體積的 50～ 110倍。由于分子篩晶體是離子型的，它對氣體的吸附能力與氣體分子的極性有關(guān)。 硅膠（ SiO2）： 硅膠是一種無毒、無腐蝕性的多孔結(jié)晶體物質(zhì)，不溶于水，可溶于苛性納溶液。硅膠的孔隙率可達到 70% ，平均孔徑為 4 10－ 7cm，平均密度約 650kg/m3，吸濕能力可達其質(zhì)量的30% 。硅膠有 原色硅膠 和 變色硅膠 之分。變色硅膠吸濕后其顏色將變成紅色，因此用它作原色硅膠吸濕指示劑，當(dāng)其顏色變紅以后，說明吸濕已飽和，即可拿去再生?？梢酝ㄟ^再生處理后再重復(fù)使用，它們的吸氣過程是物理作用。再生是用150～ 180℃ 的熱空氣加熱。再生后的硅膠仍能繼續(xù)使用，但其吸氣能力有所下降。2 真空材料及部件的清洗 概述表面污染物： 1）蒸汽壓很高，2）吸附了大量氣體。 污染的來源 ：最初的污染常常是表面本身形成過程中的一部分。而吸附現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)、浸析、干燥過程、機械處理以及擴散和離析過程都使各種成分的表面污染物增加。 常見的真空材料表面上的污染物有以下幾種類型：1）加工、裝配、操作時沾染上的潤滑劑、切削液、焊劑、粘接劑、真空油脂等；2）水基類：操作時的汗跡、指紋、吹氣時的水汽、唾液等；3）表面氧化物：材料長期放置在空氣中或放置在潮濕空氣中所形成的表面氧化物；4）酸、堿、鹽類物質(zhì)：清洗時的殘余物質(zhì)、水中的礦物質(zhì)等；5）拋光殘渣及環(huán)境空氣中的塵埃和其它有機物等。6）在 真空設(shè)備的使用過程中，造成的真空系統(tǒng)再污染；清洗的目的 ： 改進真空系統(tǒng)中所有器壁和組件表面在工作條件下的工作穩(wěn)定性。 工作條件包括：高溫、低溫、以及電子、離子、光子或重粒子的發(fā)射和轟擊。 清洗后得到的表面分為兩類：原子級清潔表面 和 工藝技術(shù)上的清潔表面。 原子級清潔表面：僅能在嚴(yán)格控制的超高真空條件下實現(xiàn)，一般需要通過較長的時間過程來實現(xiàn)，采用如加熱、粒子轟擊、濺射、氣體反應(yīng)等技術(shù)手段在特定的表面區(qū)域內(nèi)獲得。 工藝技術(shù)上的清潔表面 ：保證所有的表面盡可能沒有其它微觀結(jié)構(gòu)物質(zhì)，并且使清洗后表面的各種分子約束得更緊密，在基體相上沒有明顯的化學(xué)物質(zhì)。表面清洗的基本方法溶 劑 清 洗1）軟化水或純水 離子雜質(zhì)：如 Na+、 K+、 Ca2+、 Mg2+、 Fe2+、 Al3+、 Zn2+、 Cu2+、 Ni2＋ 、 Mn2＋ 、 H＋ 、 NH4＋ 、 SO4＋ 、 Cl－ 、 NO3－ 、HCO3－ 、 CO3－ 、 PO43－ 、 OH一 、 SiO32－ 等。陽離子和陰離子結(jié)合為可溶性鹽類存在于水中 高純水：純度可達 99． 9999％，其電阻率達 18106Ωcm以上 原理： 純水較強的溶解能力、水分子的極性和水的沖刷作用而達到去污目的。因為水分子是有極性的，其正負(fù)電中心不重合，一端顯示出正電性，另一端顯示出負(fù)電性，對帶電離子有吸引作用。正是由于這種作用，能將浸入純水中的物體表面所吸附的離子雜質(zhì)拉下水．進而達到清除離子雜質(zhì)目的。2. 無水有機溶劑：如無水乙醇、丙酮、甲酮、甲苯、航空汽油、松節(jié)油等。