В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Требования к материалам в системах сверхвысокого вакуума
Вакуумные материалы и уплотнители - Вакуумные материалы
Поведение газа в вакууме описывается законом динамического равновесия. Например, предельно достижимое разрежение зависит, с одной стороны, от эффективной скорости откачки насоса, а с другой — от натекания газа в вакуумную систему. Поскольку скорость откачки насоса всегда конечна, уменьшение натекания газа становится главным условием достижения сверхвысокого вакуума. Указанное условие является основным критерием выбора конструкционных материалов для систем сверхвысокого вакуума.

Эти материалы должны характеризоваться низким давлением паров при рабочих температурах; также они должны выдерживать нагрев с целью обезгаживания до температур порядка 4500C без ухудшения прочностных характеристик и без изменения своих физических и химических свойств. Кроме того, такие материалы вакуумной части системы должны обладать малой проницаемостью для газов. Они должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать атмосферное давление и быть устойчивыми по отношению к коррозии в процессе отжига.

Перечисленные требования к материалам, используемым в вакуумной технике, не являются исчерпывающими. Вакуумные материалы также должны легко обрабатываться при изготовлении соответствующих деталей вакуумных установок, обладать способностью создавать вакуумно-прочные соединения при их сварке и пайке и в других типах соединений. Во многих вакуумных системах применяются различные электрические вводы, а также смотровые окна.

Поэтому в вакуумных системах широко применяются как металлы, так и диэлектрики, соединения «оторых должны быть прочными, вакуумно-плотными и удобными в эксплуатации. Кроме того, поскольку вакуумная система подвергается воздействию температур в довольно широком диапазоне, необходимо тщательно согласовывать коэффициенты термического расширения используемых конструктивных материалов, особенно в случае применения сварных соединений, поскольку в них могут возникать значительные внутренние напряжения, которые могут приводить к возникновению течей. Наконец, при выборе материала для вакуумных систем необходимо учитывать его стоимость.

Одним из наиболее широко применяемых материалов вакуумных систем является стекло, которое широко используется при изготовлении небольших вакуумных установок, тогда как крупные вакуумные установки изготовляются из мягкой (низкоуглеродистой) стали или аналогичных металлических материалов, выбранных с учетом их стоимости и удобства обработки. Стекло специальных сортов удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к материалам, используемым в условиях сверхвысокого вакуума. Однако стекла недостаточно прочны, и поэтому в установках, изготовленных из стекла, чаще используются съемные стандартные детали (например, краны), герметичность которых обеспечивается с помощью различного типа мягких вакуумных уплотнителей, таких, как консистентные смазки и герметики, парафин, синтетический каучук.

Эти уплотнители имеют низкую температуру размягчения, что делает невозможным нагревание системы до высоких температур. Поэтому в небольших установках вместо стеклянной арматуры часто используется металлическая, особенно ес ли установка рассчитана на предельный вакуум 10-6—1O-8 Па. Тем не менее некоторые детали вакуумных установок, например смотровые окна, можно изготовить только из стекла.

При выборе материалов для крупных установок и систем сверхвысокого вакуума предпочтение отдается металлам. Мягкая сталь, удовлетворительно работающая в ненагреваемых высоковакуумных системах, обладает повышенной способностью к коррозии и проницаемостью по отношению к водороду при повышенных температурах. Поэтому подобные стали, даже с гальваническим покрытием, непригодны для использования в сверхвысоковакуумных системах.

В настоящее время в таких установках предпочитают использовать нержавеющие стали, которые удовлетворяют практически всем жестким требованиям, предъявляемым к материалам для сверхвысокого вакуума, и которые достаточно доступны и относительно недороги.

В разъемных соединениях, клапанах и вентилях, изготовленных из нержавеющей стали, часто используются прокладки из мягких металлов (например, золота, меди и др.), что позволяет эксплуатировать их и соответственно вакуумную установку при температурах порядка 45O0C Хотя уже разработаны стекла и керамики, которые можно непосредственно спаивать с нержавеющей сталью, обычно предпочитают использовать специальные промежуточные металлические материалы для соединения стали с неметаллическими материалами.

Керамики по своим свойствам часто превосходят стекло, особенно в отношении механической прочности и способности выдерживать быстрые изменения температуры (термостойкость); кроме того, они не требуют отжига после механической обработки. Однако их высокая стоимость и технологические трудности приводят к тому, что предпочтение все же отдается стеклам.

В следующих разделах будут подробнее рассмотрены физические свойства и методы обработки различных материалов, предназначаемых для использования в сверхвысоком вакууме. 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 200 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru