真空中的材料氣體放出

2014-09-14 郭方準(zhǔn) 實(shí)用真空技術(shù)

　　在真空系統(tǒng)中，對材料的真空性能有特殊要求，其中兩個(gè)重要的參數(shù)是材料的透氣和放氣。

　　在上文中(真空檢漏的必要性及影響系統(tǒng)真空度的氣體來源，http://www.healwit.com.cn/leakhunting/095515.html)已經(jīng)提到了真空系統(tǒng)的透氣現(xiàn)象，在真空腔的兩側(cè)如果存在壓強(qiáng)差，任何材料總會(huì)或多或少滲透一些氣體。滲透率與氣體的種類和材料的種類有關(guān)，而且差異很大。比如鐵和鎳，對氫氣就有較高的滲透率。

　　物質(zhì)表面吸附(或凍結(jié))有水和油等有機(jī)化合物。當(dāng)物質(zhì)處于真空環(huán)境中時(shí)，表面的吸附物會(huì)慢慢揮發(fā)或升華成為氣體，逐漸放出。特別是多孔等表面積大的物質(zhì)，放出的氣體會(huì)極大地影響真空度。要達(dá)到較高的真空度，必須選擇放出氣體少的材料。如果從外部沒有導(dǎo)入氣體，經(jīng)過充分時(shí)間后真空腔所能達(dá)到的壓強(qiáng)由排氣速度和氣體放出量決定。

　　材料的放氣是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。首先，物體表面放出的氣體可能會(huì)被其他表面吸附，那里又會(huì)成為新的氣體放出源。其次，從固體內(nèi)部還不斷有氣體擴(kuò)散到表面。氣體放出量會(huì)隨時(shí)間而不斷減少，但不可能達(dá)到零。因此，根據(jù)所需達(dá)到的壓強(qiáng)，一直到氣體放出可以忽略，都要不停地排氣，而且要維持氣體壓強(qiáng)，也必須不斷排氣。

　　超高真空中應(yīng)盡量避免使用黃銅材料，因?yàn)辄S銅中含有大量的Zn。Zn的蒸氣壓高，處于真空中的黃銅如果溫度升高，則Zn會(huì)大量放出，從而污染真空系統(tǒng)。

　　如果氣體的放出量和吸附量成正比例，則放氣率應(yīng)該隨時(shí)間t呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系減少，而實(shí)際上放氣率隨時(shí)間t呈反比例關(guān)系減少。這一現(xiàn)象也證明氣體的吸附和放出過程中有許多復(fù)雜的中間狀態(tài)。一般情況下，金屬和玻璃的放氣率較小，而樹脂和橡膠較大。因此在高真空領(lǐng)域，盡量不用樹脂和橡膠。如圖1所示為幾種材料的放氣率，圖中的數(shù)值表示排氣后的經(jīng)過時(shí)間。

材質(zhì)和放氣率的關(guān)系