在真空材料放氣率測(cè)試裝置上對(duì)金屬材料的放氣特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)采用的方法為靜態(tài)升壓法、固定流導(dǎo)法、雙通道氣路轉(zhuǎn)換法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)試裝置的極限真空度為9.2×10^-9Pa，銅、鋁合金2A12、304不銹鋼三種材料半小時(shí)后的放氣率分別為2.34×10^-8 Pa·m³·s^-1·cm^-2、1.83×10^-9 Pa·m³·s^-1·cm^-2、8.48×10^-11 Pa·m³·s^-1·cm^-2。利用四極質(zhì)譜計(jì)測(cè)得裝置的本底氣體成主要有H2、N2/CO、H2O和CO2，材料放出的氣體成分主要有N2/CO、H2O。三種方法測(cè)試得到的銅金屬材料的放氣率隨著溫度的升高而不斷增大。

0、引言

　　任何固體材料在大氣環(huán)境下都能溶解和吸附一些氣體。當(dāng)材料置于真空中時(shí)就會(huì)因解溶、解吸而放氣。真空材料放氣率的研究在衛(wèi)星、飛船和空間站污染防護(hù)、原子鐘的研制、極高真空獲得和測(cè)量、光源和熱源制造業(yè)等方面的研究中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

　　材料是組成航天器的最基本單元，材料放氣往往會(huì)帶來一些負(fù)作用，對(duì)材料在真空環(huán)境中的放氣率進(jìn)行測(cè)量，可以為航天器件材料的篩選提供科學(xué)依據(jù)，以保證材料在真空環(huán)境下應(yīng)用的可靠性。因此，研制了真空材料放氣率測(cè)試裝置，并對(duì)其性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

1、測(cè)試裝置及方法

　　測(cè)試裝置主要由抽氣系統(tǒng)、雙通道氣路轉(zhuǎn)換法測(cè)量系統(tǒng)、固定流導(dǎo)法測(cè)量系統(tǒng)、靜態(tài)升壓法測(cè)量系統(tǒng)、加熱及光輻照溫度測(cè)控系統(tǒng)等五部分組成，工作原理如圖1所示。

　　抽氣系統(tǒng)分為高真空和超高真空抽氣系統(tǒng)兩部分；雙通道氣路轉(zhuǎn)換法測(cè)量系統(tǒng)和固定流導(dǎo)法測(cè)量系統(tǒng)主要由高真空室、小孔、測(cè)試室、超高真空室、熱陰極電離真空計(jì)、四極質(zhì)譜計(jì)等組成；靜態(tài)升壓法測(cè)量系統(tǒng)主要由高真空室、標(biāo)準(zhǔn)容器、電容薄膜真空計(jì)、供氣系統(tǒng)等組成；整個(gè)裝置外側(cè)均勻包裹加熱套，溫度測(cè)控范圍為23~300益，光輻照加熱采取外置紅外加熱的方式，加熱燈管位于高真空室頂部，為防止玻璃變形破裂，加熱窗口裝有水循環(huán)冷卻裝置，溫度測(cè)量采用熱電偶溫度計(jì)。實(shí)驗(yàn)前，熱陰極和冷陰極電離真空計(jì)經(jīng)過了精確校準(zhǔn)。

圖1 材料放氣率測(cè)試裝置原理圖

1、2、3.熱陰極電離真空計(jì)；4.低壓力電容薄膜真空計(jì)；5.高壓力電容薄膜真空計(jì)；6.冷陰極真空計(jì)；7、10、11、12、13、17.角閥；8、9、14、16.截止閥；15.插板閥；18、20.機(jī)械泵；19、21、22.分子泵；23.超高真空室；24、25.小孔；26、27.測(cè)試室；28.高真空室；29.加熱系統(tǒng)；30.四極質(zhì)譜計(jì)；31.標(biāo)準(zhǔn)容器

3、結(jié)論

　　由實(shí)驗(yàn)看出，研制的真空材料放氣率測(cè)試裝置的極限真空度可達(dá)到9.2×10^-9 Pa。為了測(cè)試材料的放氣率，首先運(yùn)用靜態(tài)升壓法、固定流導(dǎo)法、雙通道氣路轉(zhuǎn)換三種方法對(duì)測(cè)試裝置的本底進(jìn)行了測(cè)試，在此基礎(chǔ)上對(duì)銅、鋁合金2A12、304不銹鋼三種金屬材料在室溫下的放氣率進(jìn)行了測(cè)試，并利用四極質(zhì)譜計(jì)對(duì)裝置的本底氣體成分和材料放出的氣體成分進(jìn)行了分析。另外，對(duì)銅在不同溫度點(diǎn)下的放氣特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

圖8 雙通道氣路轉(zhuǎn)換法不同溫度下材料放氣率

　　結(jié)果表明，這三種金屬材料半小時(shí)后的放氣率分別為2.34×10^-8Pa·m³·s^-1·cm^-2、1.83×10^-9Pa·m³·s^-1·cm^-2、8.48×10^-11Pa·m³·s^-1cm^-2。測(cè)試裝置的本底氣體成分主要為H2、N2、CO，以及少量的H2O和CO2等氣體，材料放出的氣體成分主要為N2、CO、H2O。三種方法測(cè)試得到的銅材料的放氣率隨著溫度的升高而增大。