真空材料的蒸发、升华、蒸气压

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术网整理 作者:剑气书生

   物质通常有三种不同状态,即气态、液态和固态。它们依据一定的条件而相互转化。液态转化成气态的过程称为蒸发,固态转化成气态的过程称为升华。

    在一定的温度下,在封闭的真空空间中,由于液体(或固体)气化的结果,使空间的蒸气密度逐渐增加,当达到一定的蒸气压力之后,单位时间内脱离液体(或固体)表面的分子数与从空间返回液体(或固体)表面的再凝结分子数相等,即蒸发(或升华)速率与凝结速率达到动态平衡,这时可认为气化停止,此时的蒸气压力称为该温度下该液体(或固体)的饱和蒸气压。

     饱和蒸气压与温度之间有如下近似关系

logP=A-B/T
(7)

式中    P——饱和蒸气压

        A、B——常数

        T——绝对温度

    一般说来,在一定温度下饱和蒸气压高的材料,其蒸发(或升华)速率也大。蒸气压和蒸发(升华)速率之间有以下关系

 
     
(8)

式中    W——蒸发(升华)速率,g/cm2·s

        P——温度T时的饱和蒸气压,Pa

        M——分子量,g/克分子

    应该注意的是,应该把材料的蒸气压力与放气压力区分开,材料的放气压力与材料对气体的解吸、放气或渗透有关。虽然有时放气或热解吸造成的气体压力比材料固有的蒸气压力要高的多,但是通过在真空下烘烤能够降低它们对气体压力的影响,但是材料的蒸气压力却是材料本身所固有的、不变的。

    在真空技术中,材料的蒸气压力和蒸发(升华)速率都是需要重视的参数。如:真空油脂、真空规管的热灯丝的饱和蒸气压均能成为影响极限真空度的气源;真空镀膜用材和吸气剂的升华速率是设计真空镀膜设备及吸气剂泵时需要考虑的参量;低温液化气体的饱和蒸气压力则是与低温冷凝泵极限压力有关的参量。

    显然,不能采用在真空系统的工作温度范围内蒸气压力很高的材料。在工作温度的范围内,所有面对真空的材料的饱和蒸气压力应该足够低,不应因为其本身的蒸气压或放气特性而使真空系统达不到所要求的工作真空度(或使真空度过度降低)。尽管室温下某些材料的蒸气压很低,甚至有时觉察不出来,但随着温度的升高,蒸气压力最终可以上升到测得出来的值。例如,某些难熔金属需要升高到1500℃以上才能测出其蒸气压力值。但是某些金属(例锌、镉、铅等)在300~500℃时的蒸气压力值就很高,超过了高真空系统所要求的压力。例如镉在300℃时的蒸气压力值为10 Pa,所以这些金属(或其合金)不能在带烘烤的高真空系统或超高真空系统中使用。其它一些材料,如某些塑料或橡胶,由于其不能加温烘烤及蒸气压过高,则根本不能在超高真空环境下使用。

    真空工程中常用材料及清洗用有机溶剂的蒸气压请查阅有关手册。

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