В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Использование стекла для вакуумной техники
Использование стекла для вакуумной техники - Физические свойства
Вакуумные материалы и уплотнители - Вакуумные материалы
Оглавление
Использование стекла для вакуумной техники
Физические свойства
Газопроницаемость стекол
Обезгаживание стекол
Все страницы

К важным физическим свойствам стекол, используемых в условиях сверхвысокого вакуума, относятся те, на которые влияет температура, поскольку повышение температуры весьма существенно с точки зрения обезгаживания системы. Это, в первую очередь, вязкость, являющаяся мерой твердости и жесткости стекла, и коэффициент термического расширения, от которого зависят уровни напряжений и деформаций, возникающих вследствие неравномерного нагрева, а также в местах соединений стекла с другими материалами.

Как отмечалось, стекло не имеет определенной температуры плавления (отвердевания), а при нагревании теряет свойства твердого тела вследствие непрерывного уменьшения вязкости. На зависимость вязкости от температуры влияет химический состав стекла. На рис. 2.1 представлены типичные кривые изменения вязкости в зависимости от температуры T для ряда стекол, характеристики которых указаны в табл.

На кривой вязкость — температура различают четыре характерные точки, определяемые по методике Американского общества испытания материалов (ASIM) и принятые в настоящее время повсеместно. Эти точки соответствуют различным состояниям стекла при переходе твердое тело — жидкость.

 Различают точки закалки, отжига, размягчения и температуру обработки. Точка закалки представляет собой температуру, при которой релаксация напряжений происходит в течение нескольких часов. При температуре отжига внутренние напряжения исчезают в течение 15 мин (г) = 1012 Па*с-1). Точка размягчения определяется как температура, при которой стеклянная нить стандартного размера начинает заметно деформироваться под собственным весом, что соответствует вязкости 106,6 Па*с-1 для стекол плотностью — 2,5*103 кг*м-3.

При температуре обработки стекло размягчается до такой степени, что можно вести его обработку путем выдувания, формовки, прессования и т. п. Температуре обработки соответствует вязкость 103 Па*с-1.

В табл. 2.1 приведены значения указанных характерных температур для различных стекол. Температура, при которой вакуумная оболочка начинает подвергаться деформации под действием атмосферного давления, зависит от формы, толщины стенок и времени выдержки установки при этой температуре. Однако для оценки температуры, предельно допустимой для безопасного нагревания вакуумной установки, можно, в общем, исходить из значения температуры закалки.

Еще более важную роль играет термическое расширение стекла. По мере нагревания стеклянная деталь расширяется, что приводит к возникновению напряжений и деформаций, которые в свою очередь могут приводить к растрескианию и разрушению стекла.

Как правило, величина относительного удлинения больше у легкоплавких стекол, а для боросиликатных снижается с уменьшением содержания B2O3. При температурах ниже 3000C кривые термического расширения практически линейны, и в этом температурном диапазоне коэффициент термического расширения можно считать постоянным (табл. 2.1). С повышением температуры коэффициент термического расширения возрастает все быстрее и при температурах порядка температуры отжига становится весьма значительным. Следует отметить, что воспроизводимость характеристик и обратимость кривых свойственны только хорошо отожженным стеклам. У недостаточно отожженных стекол значения коэффициента термического расширения завышены.

Термические напряжения могут возникать не только в местах спаев, но и в местах локального нагрева или охлаждения. Если температуры поверхностей стеклянной пластины различны, то нагретая поверхность будет испытывать сжатие, а более холодная — растяжение, что также может привести к образованию трещин в стекле. Возникающие в стекле растягивающие усилия зависят от градиента температуры и от свойств стекла, в первую очередь — коэффициента термического расширения. Как правило, чем меньше коэффициент термического расширения, тем больший градиент температуры выдерживает стекло без разрушения.


 

 

 

 Так, для пирексовой стеклянной пластины растягивающее напряжение 67 МПа достигается при перепаде температур приблизительно в 5O0C, а для натриевого стекла — уже при ~15°С. На практике высокие установившиеся градиенты температур, как правило, довольно редки, тогда как кратковременные высокие градиенты встречаются довольно часто, например при первом погружении стеклянной ловушки в жидкий азот.

Стекло обладает большей прочностью к мгновенному нагружению, чем к длительному. Поэтому термостойкость стекла не может быть оценена на основании одних лишь статических характеристик. Термостойкость зависит не только от величины коэффициента термического расширения, но и от формы образца, его толщины, а также способа создания напряжения — нагревом или охлаждением (последнему способу соответствуют более жесткие условия нагружения).

В используемом фирмой Corning эмпирическом методе определения термостойкости стеклянную пластину определенного размера после нагрева быстро погружают в холодную воду. Максимальная температура, до которой удается нагреть стеклянную пластину без ее разрушения при резком охлаждении, и принята за характеристику термостойкости. Данные по термостойкости стекол, выпускаемых этой фирмой, представлены в табл. Следует отметить, что мягкие стекла не годятся для изготовления криогенных ловушек и других деталей вакуумных установок, подвергающихся резкому термическому нагружению. Тем не менее низкая стоимость и легкость обработки этих стекол стимулируют их широкое использование при изготовлении стеклянных баллонов электронных ламп.



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   

 

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 200 гостей на сайте

Нов боков адс адаптивный

=
Рейтинг@Mail.ru