真空中的材料气体放出

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)实用真空技术 作者:郭方准

  在真空系统中,对材料的真空性能有特殊要求,其中两个重要的参数是材料的透气和放气。

  在上文中(真空检漏的必要性及影响系统真空度的气体来源http://www.chvacuum.com/leakhunting/095515.html)已经提到了真空系统的透气现象,在真空腔的两侧如果存在压强差,任何材料总会或多或少渗透一些气体。渗透率与气体的种类和材料的种类有关,而且差异很大。比如铁和镍,对氢气就有较高的渗透率。

  物质表面吸附(或冻结)有水和油等有机化合物。当物质处于真空环境中时,表面的吸附物会慢慢挥发或升华成为气体,逐渐放出。特别是多孔等表面积大的物质,放出的气体会极大地影响真空度。要达到较高的真空度,必须选择放出气体少的材料。如果从外部没有导入气体,经过充分时间后真空腔所能达到的压强由排气速度和气体放出量决定。

  材料的放气是一个非常复杂的过程。首先,物体表面放出的气体可能会被其他表面吸附,那里又会成为新的气体放出源。其次,从固体内部还不断有气体扩散到表面。气体放出量会随时间而不断减少,但不可能达到零。因此,根据所需达到的压强,一直到气体放出可以忽略,都要不停地排气,而且要维持气体压强,也必须不断排气。

  超高真空中应尽量避免使用黄铜材料,因为黄铜中含有大量的Zn。Zn的蒸气压高,处于真空中的黄铜如果温度升高,则Zn会大量放出,从而污染真空系统。

  如果气体的放出量和吸附量成正比例,则放气率应该随时间t呈指数函数关系减少,而实际上放气率随时间t呈反比例关系减少。这一现象也证明气体的吸附和放出过程中有许多复杂的中间状态。一般情况下,金属和玻璃的放气率较小,而树脂和橡胶较大。因此在高真空领域,尽量不用树脂和橡胶。如图1所示为几种材料的放气率,图中的数值表示排气后的经过时间。

材质和放气率的关系

图1 材质和放气率的关系(图中的数值是排气后的经过时间)

  关于气体放出,简单总结如下:

  (1)达到高真空度必须选择放气率较小的材料;

  (2)气体放出量随时间增加而减少,但不能达到0;

  (3)一般情况下按橡胶、树脂、陶瓷、金属、玻璃的顺序放气率依次减小;

  (4)放出气体的主要成分是水蒸气;

  (5)放气率和材料所处的环境及表面状态有关,难于精确预测。

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