真空科学与技术的一些前沿课题(2)

2010-06-18 徐成海东北大学机械工程与自动化学院

4、空间真空技术

　　空间真空技术是航天技术和真空技术相结合的新的增长点。宇宙模拟是近年来开展的主要工作。

　　① 航天器在轨排气技术

　　有效载荷舱中的高真空容器，常利用管道接通到航天器外，利用环境真空抽气。有效载荷装置要求超高真空时，利用环境抽气达不到要求，因而需发展带真空泵的抽气系统，利用环境真空作为前级泵，再增加超高真空抽气系统，要求这类系统的体积小，质量轻，能耗低。

　　② 空间的真空测量技术

　　在解决 10^-11~10^-13的极高真空度测量方面还存在很多困难，要用现有的真空计测量空间真空中所遇到的特殊条件下的压力，还需要在工艺、结构、材料、原理、理论等方面进行研究。

　　③ 空间材料的真空效应

　　空间材料的真空效应指航天器材料与空间真空环境的作用。材料的许多性能在真空中可能发生变异，其原因是蒸发、升华、出气，从而导致材料的质量减少。质量减少的百分量称为“质量损失”(ML)。材料在空间减少的质量逸出到真空环境中，改变了真空环境的状态，包括压力、密度和粒子飞行方向。有些物质可能凝结在航天器的冷表面上，对航天器敏感表面造成污染。这些重新凝结的物质称为“可凝性挥发物”(VCM)。航天器在无际的空间运行，选材的出发点是：在额定寿命期由航天器是否能耐受空间真空环境原材料逸出物对敏感表面的污染程度。空间材料出气的主要指标不是出气速率、出气量，而是ML和VCM这些性能的测量成了关键技术。

④ 质谱与检漏

　　质谱分析仪是在航天器上使用的主要真空仪器，在空间探测、载人航天、航天器诱发污染环境监测、火箭技术和地面模拟中会得到新的应用。各种质谱仪的完善和数据采集的计算机化是发展的必然。

　　检漏技术在空间真空技术中既有理论性探讨，也有实际应用问题。为确保航天器密封性及低温流体安全输送和长期贮存，快速、准确地大容器检漏是关键技术。要求灵敏度高、可靠性强、检测周期短。

⑤ 空间真空新工艺

　　在轨航天器上空间真空条件下的焊接，表面改性等。

⑥空间热、质传递理论

　　轨道上的航天器受到太阳辐射，地球反照的太阳光而吸收热量。同时又向冷黑的空间辐射热量，发射时承受大气层的气动加热。典型航天器表面温度高至10000℃以上，低至-200℃以下。航天器本身还有功耗和结构传热，使航天器温度平衡和温度分布问题十分复杂。要使航天器上的材料、元件、电子仪器不受伤害，必须控制温度在一定的范围内，特别是载人航天器允许温度范围更小。因此，航天器的热设计和热模拟实验正发展成空间热物理学。

　　航天器用材料在空间“质量损失”原理、损失速率、损失后对材料性能的改变、如何控制材料的损失等都是传质学研究的内容。例如，卫星的机械消旋轴承、探测仪、摄像机、照相机等仪器的转动、滑动部件，在真空中摩擦系数加大以后，转动部件运动迟缓，甚至发生冷焊而卡死。

⑦ 空间真空环境的利用

　　宇宙真空环境是清洁、无菌的、为微生物研究提供了新途径，为抗生素生产、疫苗培养提供了条件，为超纯金属冶炼研究提供了方便、可靠的环境。

5、真空干燥

　　真空干燥是在低压下进行的，物料中水分在低压下汽化温度低，可干燥热敏性物料；干燥室内空气稀薄，含氧量低，可干燥易氧化、易燃、易爆危险品；能起到消毒无菌作用，可干燥药品和生物制品。　

5.1、真空干燥设备的种类

　　箱式真空干燥设备
　　圆筒搅拌型真空干燥设备
　　双锥回转型真空干燥设备
　　耙式真空干燥设备
　　滚筒型真空干燥设备
　　带式真空干燥设备
　　振动流动真空干燥设备
　　圆盘刮板真空干燥机
　　木材真空干燥设备
　　气相真空干燥设备
　　低频真空干燥设备
　　真空冷冻干燥设备

5.2、真空干燥的前沿课题

　　①新型真空干燥设备的研制，如干燥、粉碎、造粒多功能，喷雾冻干机，连续式冻干机等；

　　②新材料、新工艺的开发，如生物医学材料、离体生物组织、纳米中药、“生物导弹”等；

　　③新理论的研究，如冻干过程中保持生命活性的传热传质理论，汽--固相变理论等。

6、真空热处理