真空镀膜技术第11讲：真空材料

[2023-8-1616:26:37]

第十一讲:真空材料〔1〕[简介]:真空工程的用材范围包括：真空设备的壳体，真空规管，置放于真空容器内的各种固定、活动、可拆卸机构及部件，各类密封材料，各类真空获得手段的工作物质等等。真空系统中所用的材料大致可分为两类。第十一讲:真空材料真空材料的种类卸机构及部件，各类密封材料，各类真空获得手段的工作物质等等。真空系统中所用的材料大致可分为两类。构造材料和非金属材料，包括可拆卸连接处的密封垫圈材料。关心材料真空泵及系统中用的真空油、吸气剂、工作气体及系统中所用的加热元件材料等。1。1真空系统中的真空元件的常用材料零部件名称低真空及高真空超高真空件一般碳素钢、不锈钢不锈钢、钛密封垫圈丁基橡胶、氟塑料氟橡胶、氟塑料、铜、金、银、铟导电体铜、不锈钢、铝铜、不锈钢绝缘体酚醛、氟塑料、玻璃、陶瓷 玻璃、致密高铝瓷等视窗玻璃硼硅玻璃、透亮石英玻璃润滑剂低蒸气压的油及脂二硫化钼、镀银或金加热元件镍铬铁合金、钨、钼、钽、 碳布 纤维真空材料的性能与选材根本原则材料的真空性能有特别要求。可以用任何一个最简洁的真空系统为例，该真空系统的抽气方程(动态平衡方程)为V·dP/dt=-P·Se+Q (1)式中V——被抽真空容器的容积P——气体压力Se——对真空容器的有效抽速Q——气源的出气量dP/dt=0时，即真空系统处于抽气与气源到达动平衡状态时，式(1)变为Po=Q/Se

(2)从式(2)PoQoQ一般由下面几局部组成：(机械泵)的反集中气体、返流油蒸气、溅射离子泵或低温吸附(冷凝)泵中气体的再释放等。能进展简洁的争论。材料的渗透性体阻挡层的过程称为渗透。在这种状况下的稳态流率称为渗透率。从微观的角度来看，渗透过程是按以下步骤进展的(1)。体集中到器壁的另一面重结合成分子态(3时)后释放；或气体集中到器壁的另一面后解吸和释出。质有亲热关系。对于金属材料来说，例如氢气通过钢铁材料的渗透过程，是先以分子态吸附在材料的外表H—H键断裂，使氢离解成原子态并渗透过材料，在壁面的另一侧重结合成分子态氢；氢气对于非金属材料，则是以分子态形式集中渗透。依据集中定律，可推导出渗透量的表达式Q=K·A·Δp1/j/h (3)式中Q——气体透过固体壁面的渗透速率K——某种气体对某种固体的渗透系数A——壁的面积Δp——器壁两侧的气体压力差J——溶解常数，对金属中的双原子气体j=2，对非金属中的气体j=1h——壁厚K值与气体一固体配偶的性质有关。只要知道渗透系数Kh、壁的面AΔp，由式(3)求得渗透速率。K的意义是：器壁两侧的压力差为一个大气压下，温0℃(即在标准状态下)渗透过单位厚度(cm)的单位面积(cm)K的单位常用制外单位表示：如使用[cm2／s]则与集中系数的单位全都，形式简洁，但物理意义不够明确；而使用[cm3(STP)／(cm2·s·Pa·mm-1)]表示每mm厚的材料，在每Pa的压差下，每秒通过每cm2面积的渗透气体量(以标cm3计)。此单位形式比较简单，但物理意义比较明确。KD、溶解度S之间存在以下关系K=DS

(4)式中D——气体在固体中的集中系数，cm2/sS——cm3(STP)/(cm3·Pa)固体材料中所溶解的气体体积数K——渗透系数集中系数、溶解度、渗透系数这三个参数都是温度的指数函数。含量比例成份含量比例成份分子量(Pa)N2O2ArCO2NeHeCH4N2OKrH2XeSO2O328.013431.998839.94844.0099520.1794.002616.0430344.012883.802.01594131.3064.062847.9982NO2NH3COI246.005517.0306128.01055253.8088%(体积)%(重量)78.08475.5207.91×10420.94823.1422.12×1040.9341.288946.433.14×10-24.8×10-231.99*1.82×10-31.3×10-31.875.24×10-46.9×10-55.3×10-12.0×10-41.0×10-42.0×10-15.0×10-58.0×10-45.33×10-11.14×10-43.3×10-41.16×10-15.0×10-53.5×10-65.33×10-28.70×10-63.9×10-58.80×10-30~1×10-40~2×10-40~8×10-4*夏：0~7×10-60~1×10-50~5×10-5*冬：0~2×10-60~3×10-60~1.5×10-5*0~2×10-60~3×10-60~1.5×10-5*0~微量0~微量0~微量0~微量0~微量0~微量0~1×10-60~9×10-60~8×10-6**随时间和地点的变动而变动不同的气体和材料而异，而且差异较大。对金属来说，有些金属(如：不锈钢、铜、铝、钼等)的气体渗透系数就很小，在大多数实际应用中可()，氢气对它们就具有较高的渗透率。氢气对钢的渗透率随含碳量的增加而增加，所以选择低碳钢做真空室材料为好；另外有些金属对气体的渗透具有选择性，如氢气就极简洁渗透过钯，氧气易透过银等。可以利用这共性质对气体进展提纯和真空检漏。气体对玻璃、陶瓷等的渗透，一般是以分子态的形式进展的。渗透过程和气体分子的体积及材料内部微孔大小有关。含纯二氧化硅的石英玻璃的微孔孔径约为4 钡等)填而氦分子的直径在各种气体分子中最小，所以氦对石英玻璃的渗透在气体一固体配偶中是最大的。气体对有机材料(如橡胶、塑料)的渗透过程一般是以分子态进展的。由于有机材料的微孔比较大，因此气体对有机材料的渗透力量比玻璃、金属要大的多。材料的出气任何固体材料在大气环境下都能溶解、吸附一些气体。当材料置于真空中时，就会因解溶、解吸而出Pa·L／s·cm2出气速率通常与材料中的气体含量和温度成正比。所以有时(如电真空器件)也用高温下材料的出气总量作为选材依据。出气总量的单位：考虑体积含量为主时可用Pa·L／g；考虑外表含量为主时则用Pa·L／cm2。材料的出气速率除了与材料性质有关外，还和材料的制造工艺，储存状况等有关。另外，材料的预处理工艺()对材料的出气速率影响也很大。因此选用材料出气速率的数据时必需考虑这些状况。材料出气速率是温度的函数，表示为q=qoexp(-E/RT)则单位时间内容器器壁外表出气量为Qm=A·q

(5)(6)式中q——出气速率qo——常数E——出气活化能R——气体普适常数T——确定温度Qm——器壁外表出气量A——出气外表的面积由于出气速率与温度有关，所以在设计真空系统时必需选用实际使用时的温度数据。如无此数据，则可依据两个不同温度下的数值按式(5)进展估算。另外从式中也可以看出，出气速率按指数变化，所以出气量是时间的慢变化函数(即时间延长一个数量级，出气速率降低较慢)。已经出过气(经除气后)的材料经长时间暴露大气后，能重吸气并恢复到原来的状况。因此，对真空系统来说，为了降低出气率，缩短抽空时间，应当常常保持在真空状态。例如，常常运转的真空系统，假设只是在两次运转之间短时间暴露大气的话(1h以内)10h的出气时间；对于常常运转而只暴lOOh的出气时间。大关系。例如：对于清洁的外表来说，外表的光滑度越高，吸附的水气就越少；在枯燥氮气或空气中烘烤，可使不锈钢外表形成一层密实的淡黄色氧化膜，也可以削减出气，而且可以将外表的污染物氧化成气体或烧掉；用有机溶剂去脂时，外表的单分子层污染是无法除掉的，只能靠在真空下烘烤来除掉。例200400℃以上的温度下进展真空烘烤。性的，所以假设能进一步知道材料出气中的各种气体成分的比例，就能有针对性的选协作适的真空泵，得到更合理的设计。各种材料的出气率都是用试验方法(如动态法或静态法测量)测得的，数据存在较大差异。各种数据可查阅有关手册。材料的蒸发、升华、蒸气压的过程称为蒸发，固态转化成气态的过程称为升华。在肯定的温度下，在封闭的真空空间中，由于液体(或固体)气化的结果，使空间的蒸气密度渐渐增加，当到达肯定的蒸气压力之后，单位时间内脱离液体(或固体)外表的分子数与从空间返回液体(或固体)外表(或升华)速率与分散速率到达动态平衡，这时可认为气化停顿，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——确定温度〔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·sP——T时的饱和蒸气压，PaM——分子量，g/克分子气或渗透有关。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、真空规管的参量。明显，不能承受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，全部面对真空的材料的饱和蒸气压力应当足够低，不应由于其本身的蒸气压或放气特性而使真空系统达不到所要着温度的上升，蒸气压力最终可以上升到测得出来的值。例如，某些难熔金属需要上升到1500℃以上才能测出其蒸气压力值。但是某些金属(例锌、镉、铅等)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30010Pa，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。第十一讲:真空材料〔2〕

〔未完待续〕[2023-9-2613:11:08][简介]:真空工程的用材范围包括：真空设备的壳体，真空规管，置放于真空容器内的各种固定、活动、可拆卸机构及部件，各类密封材料，各类真空获得手段的工作物质等等。真空系统中所用的材料大致可分为两类。第十一讲：真空材料材料的其它性能①机械强度如上所述，系统的器壁必需承受得住大气的压力。因此它必需满足最低机械强度和刚度(固然，容器构造外形也有较大的影响。例如，圆柱形和球面形构造的强度就大于平面形构造的强度)。②热学性能很多真空系统要承受温度的变化，如加热和冷却或二者兼备。因而必需对所用材料的热学性能格外生疏。不仅要考虑到熔点，还要考虑到强度随温度的变化。例如，铜的机械性能远在低于熔点温度之前就开头下降，因而不宜用铜制做真空容器的承压器壁。另外，真空系统的材料除了受到温度缓慢变化的影响外，还会受到温度突变的影响。因此，还要考虑材料的抗热冲击的特性。③电磁性能很多真空系统中的部件必需具备能完成某项功能或工序所要求的电性能，同时这些性能又不能与真空系统的要求相冲突。例如，元件在真空室中工作，是靠辐射放热冷却的，因此元件的工作温度将会很高，使得元件的电性能可能受到影响，因此在选材及构造设计上要考虑工作部件的耐高温及冷却问题。在很多真空系统中，往往要应用带电粒子束。但这些带电粒子束往往简洁受到某些不必要磁场的干扰。因此在有电子束或离子束的系统中，必需认真考虑系统材料的磁性能，在某些状况下，即使很小的磁场也可能造成很严峻的问题。因此必需考虑用非磁性材料。④其它性能光学性能(例观看窗)、硬度、抗腐蚀性、热导率和热膨胀等性能也常常起着格外重要的作用。真空材料的选材原则对真空容器壳体及内部零件材料的要求①有足够的机械强度和刚度来保证壳体的承压力量。有较低的渗透速率和出气速率。③在工作温度和烘烤温度下的饱和蒸气压要足够低(对超高真空系统来说尤其重要)。④化学稳定性好。不易氧化和腐蚀，不与真空系统中的工作介质及工艺过程中的放气发生化学反响。⑤热稳定性好。在系统的工作温度(高温与低温)范围内，保持良好的真空性能和机械性能。⑥在工作真空度及工作温度下，真空容器内部器件应保持良好的工作性能，满足作业工艺的要求。⑦有较好机械加工性能及焊接性能。对密封材料的要求①有足够低的饱和蒸气压。一般低真空时，其室温下的饱和蒸气压力应小于1.3×10-1～1.3×10-2Pa。1.3×10-3~1.3×10-5Pa。冲破。能够平滑地紧贴密封外表，无气泡、无皱纹。当温度变化时，不应变脆或裂开。液态或胶态密封材料应保持原有粘性。④某些密封材料应能溶于某些溶剂中，以便更换时易于清洗掉。性能和导热性能等等。固然，除了材料的以上性能外，还要考虑材料的本钱、利用率及选购的可能性等。金属材料钨、钼、钽、铌、钛、铟、镓、可伐合金、镍铬(铁)合金、磁性合金、铜合金、铸铁、铸铜、铸铝等。铸件金属铸件由于外表粗糙，微孔较多，很少用于制造高真空系统零件。高级铸铁及有色金属铸件大多用HT200HT250HT300等。ZLl09(AI，Si，Cu，Mg，Ni)、ZL203(AI，Cu)、ZL301(AI，Mg)等。当工作温度较高时，不应选用含有磷、锌、镉等元素的铜合金铸件。钢及不锈钢钢覆或暴露抛光。除了镀层外表以外，碳钢外表放气速率比不锈钢大的多，尤其是锈蚀外表放气量更大，外表状态的好坏，是影响碳钢真空性能的主要因素。所以，应尽量使其内外表光滑、无锈。一般状况下工作真空度越高，则对内外表的要求也越严格。实践说明：室温时由大气渗透到真空中去的气体是很少的。然而，随着温度的上升，这种渗透量将急剧增加。在室温常压下氢气渗透过低碳钢钢板的速率要比低碳钢的外表放气率小几个数量级。在室温下氮渗透过低碳钢的速率远低于氨，但是在高温下则相反，故在设计热态工作真空系统时必需留意。在真空系统设计中，从材质的综合性能(真空、物理机械性能)考虑，大多承受低碳钢(软钢)为宜。特10#、15#、20#钢及一般碳素构造钢(例Q235A)。其特点是韧性良好，机械强度适中，具有极好的机械加工性能和焊接性能(这点尤其重要)。Q235A属于低碳钢(含碳量≤0.2)，价格廉价，品种规管齐全，简洁选购。其主要缺点是；不能用热处理的方法提高硬度及改善机械性能(可以用渗碳的方法提高外表硬度)45#钢则主要用于制造轴类、杆件、螺纹类零件以及重负荷的传动机件等。另外，低碳钢(特别是Q235A)具有良好的导磁性，在避开磁效应干扰的场合，如在离子泵、磁质谱计或含有磁分析器的任何系统构造中都不适用。但特别适用于需要良好导磁性的构造中，例如磁控溅射靶的磁极靴等。不锈钢用最多的牌号主要有0Crl8Ni9(304)、lCrl8Ni9Ti等，它们属于耐热、耐蚀无磁不锈钢，大量应用于真空室壳体、管路、阀体等；常用的马氏体型不锈钢主要有0Crl3、lCrl3、2Crl3、3Crl31.3×10-4Pa以上的高真空和超高真空系统中，最好选用奥氏体无磁不锈钢[例如lCrl8Ni9Ti，0Crl8Ni9(304)等]制造真空容器的壳体、管道或其它零部件。这种不锈钢具有优良的抗腐蚀性、放气率低、无磁性、焊接性好，其导电率及导率较低，能够在-270oC～900oC范围内工作。并具有高的强度、塑性及韧性。是目前金属超高真空系统中所应用的主要构造材料。钢(304型)的性质，304不锈钢与lCrl8Ni9Ti不锈钢的性质相近，其抗腐蚀性能格外好，蒸气压很低、导热率低，并且是非磁性的。这些性质使得奥氏体不锈钢成为超高真空室、工件架、支架、法兰、螺栓螺母及超高真空泵(离子泵、低温泵、吸附泵等)等最常用的材料。不锈钢并非确定非磁性的，而是导磁率很小。而且，冷加工能够增加不锈钢的导磁性。当需要耐高温、抗腐蚀或需要热处理(淬火或调质等)时，如轴、阀盖、封口等，则承受2Crl3、3Crl3、4Crl3等马氏体不锈钢为宜。但此类不锈钢的防锈性能不如奥氏体不锈钢好。450～750oC的地3奥氏体不锈钢的性质性质温度(oC)或成形数值单位密度熔点比热1005000~930~3163奥氏体不锈钢的性质性质温度(oC)或成形数值单位密度熔点比热1005000~930~3167.914270.120.0390.0511.59×10-41.720×10-4g·cm-3oCcal·g-1·oC-1cal·cm-1·s-1·oC-1oC-1抗拉强度杨氏摸量电阻率0~5381.800×10-4退火65kg·mm-2冷轧24019.000kg·mm-2退火26.5kg·mm-22572.0µΩ·cm700110不锈复合钢板要求，又节约了大量不锈钢板，是制造大型真空设备的一种好的代用钢板。其规格、品种和使用温度范围456。真空设备常用的复合钢板为lCrl8Ni9Ti与Q235A和0Crl8Ni9Ti与Q235A600mm的真空装置最好不用复合钢板，由于单面焊接不易保证复层焊接质量，且不易检查。在选择复层厚度时，2～4mm时，1／3体复层最小厚度应≥1mm，封头复层厚度应≥1.5mm。4复合钢板规格厂家厚度(mm)宽度(mm)长度(mm)重钢6~32(2~4)700,1000,1300,1400,1500,1600,17002023,2800,3200,3500,4500,5000上钢三厂4~32(2~3)10001000~20235复合钢板品种复层钢号基体钢号A320Cr16Mn15MnV12CrMo14CrMnMoVB1Crl8Ni9Ti+-+--+0Crl8Ni9Ti++----0Cr18Ni12Mo2Ti+-++--00Cr18Ni9--+---00Cr18Ni12Mo2--+--+0Cr13+---+-0Cr17Ti+-----0Cr17Mo2Ti+-----6复合钢板使用温度范围材料6复合钢板使用温度范围材料使用温使用温类型复层基体度上限度下限Cr18Ni9TiA316Mn按基体铁素体类钢板0Cr13按基体材5种(09Mn2V除外料使用温12CrMn15CrMo)度上限按基体下限奥氏体类型复合Cr18Ni12Mo2Ti00Cr18Ni900Cr18Ni12Mo215MnV09Mn2V14MnMoVB400oC材料使下限钢板0Cr17Ti0Cr17Mo2Ti14CrMnMoVB有色金属镍极、阳极、吸气剂和热屏蔽罩以及很多其它机械构件中的基体材料。镍本身可用作基体材料或其它材料的镀层或很多镍合金中的一种组分。镍比其它一般有色金属的熔点高，蒸气压低，抗拉强度很高，机械加工性很好，简洁成形、除气和点焊，而且价格相对廉价。镍对各种腐蚀都具有相当好的抵抗力量。另外，Ni沉积薄膜、NiNi涂层可使其它材料外表具有所期望的抗腐蚀性。镍不仅对大气，而且对水、盐水、碱以及大多数的有机酸都具有抗腐蚀性。但镍在次氯酸、硝酸以及象氯气(T>580oC时)SO2和N2+H2+NH3的混合气体那样的潮湿气体中很简洁被腐蚀。350oC左右(2)。可承受向镍中加钴的方法来提高镍的居里温度。由于镍导磁性好，故在需要避开磁效应的场合应制止使用。H2O2COBO2Ni中集中，Ni400～500oC时，大局部氢气可从Ni中排出，而且Ni的硬度变化T＞600oCNiCONi变脆。铜铜具有很高的塑性，良好的导电和导热性能，常用于导电材料。常用的铜类材料有紫铜(纯铜)及铜合金。黄铜具有较高的塑性，在机械加工和压力加工下可制成外形简单的零件。但由于其含锌量高，在加热150oC，多用于低真空中。由于青铜的机械强度较大，因此多用不含有锡和锌的铝青铜或铍青铜制造真空设备中所用的弹性元件、波浪管、电触点和涡轮等。7铜的性质性质温度(7铜的性质性质温度(oC)或成形数值单位原子序数密度熔点2963.548.3~8.961083±0.1g·cm-3oC比热200.092cal·g-1·oC-1热导率200.941cal·m-1·s-1·oC-1布氏(Brinell)硬度铸造36kg·mm-2退火45~50kg·mm-2抗拉强度铸造16~20退火20~25kg·mm-2杨氏模量退火11700~12600kg·mm-2刚度退火3900~4800Ω·mm-2m-1电阻率200.017~0.017 oC-1电阻率的温度系数206.8×10-3 eV电子逸出功4.46 oC退火温度450~600 cm3(NTP)/100H2的溶解度4506×10-21002.5线热膨胀系数1007000~1000.900.84165×10-7oC-1g无氧铜纯度高(Cu含量≥99.98％)，含氧量极低，又不含有氧化亚铜，在受热时不产生脆裂，故适合于于无氧铜具有良好的真空气密性，对气体的溶解度低，在室温下不渗透氢和氦，而且对氧气和水蒸气的敏感性差、塑性又好，因此被广泛地用作金属超高真空系统中的可拆卸密封的密封垫片。通常，Cu的使用温200oC以上时Cu500oC时，Cu的蒸气压比Ni线热膨胀系数1007000~1000.900.84165×10-7oC-1g但可以进展锡焊和钎焊(Ag-Cu共熔合金、Au-Cu合金、Au-Ni共熔合金以及其它合金焊料)。铝8铝的性质性质温度(oC)或成形8铝的性质性质温度(oC)或成形数值单位原子序数13原子量26.97密度2.70 g·cm-3熔点646~657 oC比热200.214cal·g-1·oC-11000.225热导率200.52cal·m-1·s-1·oC-12000.475线热膨胀系数20~10024.0×10-6 oC-120~30026.7×10-6布氏(Brinell)硬度软化15~25kg·mm-2冷轧35~70抗拉强度7~11kg·mm-2杨氏模量5800~7000kg·mm-2刚度软化2760kg·mm-2冷轧2750电阻率202.8µΩ·cm3006.0电阻率的温度系数20250电子逸出功磁化率(顺磁)退火温度H2的溶解度5804.08×10-34.25×10-34.080.65×10电阻率的温度系数20250电子逸出功磁化率(顺磁)退火温度H2的溶解度5804.08×10-34.25×10-34.080.65×10-6200~4502×10-2oC-1eVcgsoCcm3(NTP)/100g200oC左右时快速下降，而且铝的蒸气压相对较高，因此只能用在300oC以下的烘烤真空系统中。但是铝在该温度范H2的溶解度很低。铝难于进展熔焊和钎焊，一般焊接铝要求特别的条件(如真空钎焊)。钛9钛的性质性质温度(oC)或成形9钛的性质性质温度(oC)或成形数值单位原子序数22原子量47.90密度4.51~4.54 g·cm-3熔点1725 oC比热0~1000.127cal·g-1·oC-1热导率2055~61cal·g-1·oC-1线热膨胀系数8.5×10-6 oC-1布氏硬度软化退火185kg·mm-2冷轧260抗拉强度退火52~73kg·mm-2杨氏模量软化退火11700kg·mm-2电子逸出功3.0eV电阻率2050µΩ·cm退火温度1h600~800 oC2 钛对活性气体(O2、N、CO、CO650oC以上的水蒸气)2 TiTi在超高真空抽气系统中作为吸气剂而得到广泛的应用，如用在钛升华泵、溅射离子泵等。TiAl、zr及不锈钢那样，外表上有氧化膜保护层，因而具有抗腐蚀性。但应避开在H2气氛中加TiTiH。TiTi进展焊接，焊接一般应在保护性气体下进展，由于吸附的各种气体会使钛脆化、形成薄膜、翘曲和变形。锆10锆的性质性质温度(oC)或成形数值单位纯锆是一种特别活泼的金属，可以用来作吸气剂10锆的性质性质温度(oC)或成形数值单位原子序数40原子量91.22密度206.52 g·cm-3熔点1857 oC比热250.07cal·g-1·oC-1热导率1250.035±5%cal·m-1·s-1·oC-1线热膨胀系数20~2005.4×10-6 oC-120~4006.9×10-6布氏硬度退火67kg·mm-2硬化150抗拉强度退火65kg·mm-2杨氏模量退火8000kg·mm-2电阻率2040Ω·cm电阻率的温度系数0~1000.0044 oC-1电子逸出功4.1~4.2eV退火温度30min527 oCH2的溶解度3752.4×10-2cm3(NTP)/100gZr的中子截面很小，因而可用作中子窗。Zr的二次电子放射产额低，可以将它镀在其它的基体材料zrZr的外表上有一层氧化膜，故有良好的抗腐蚀性。ZrHCl、HNO2、稀H2SO4、H3PO4H2SO4和王水腐蚀。Zr的机械加工性能类似于黄铜，可与Mo或W点焊，但不能用AgZr中参加少量的MoZrzr一受热便变软。镉、锌镉与锌常用做螺栓、螺母和其它零件的防锈镀层。但由于它们的蒸气压很高(150oC时为10-3Pa；300oC10Pa)，因此有镉及锌镀层的零件应避开在高真空中使用，尤其应避开在烘烤系统中使用。(未完待续)[2023-9-2613:14:19]

第十一讲:真空材料〔3〕[简介]:真空工程的用材范围包括：真空设备的壳体，真空规管，置放于真空容器内的各种固定、活动、可拆卸机构及部件，各类密封材料，各类真空获得手段的工作物质等等。真空系统中所用的材料大致可分为两类。第十一讲：真空材料塑料氟塑料(聚四氟乙烯)氟塑料(聚四氟乙烯)俗称塑料王，其商品名称是Teflon，是四氟乙烯的聚合物，为白色或灰白色的物粉末)370烧结，产生一种坚韧的、非热塑性和非多孔性的树脂。聚四氟乙烯虽然大多是结晶体，但却没有熔点。它的塑性随温度上升而增加，而机械性能则急剧变坏。而且在高于327℃时，转变为非流淌无定形的胶状物。400-80℃时仍能保持其韧性。23给出了聚四氟乙烯的某些性质。2510-4Pa，3504×10-3Pa。23聚四乙烯性质性质温度(℃)或成形23聚四乙烯性质性质温度(℃)或成形数值单位构造≤327℃结晶体＞327℃无定形胶状物＞400℃分解密度2.1~2.2g·cm-3工作温度-80~250℃比热0.25cal·g-1·℃-1热导率线热膨胀系数6×10-41500×10-7cal·cm-1·s-1·℃-1℃-1抗拉硬度90℃140~350kg·mm-2杨氏模量4300~5200kg·mm-2电阻率＞1019Ω·cm电击穿强度20电介质常数60~108Hz2永久变形用环作试验区(55×75×2)1.96×107Pa力24h2020℃100℃212%%聚四氟乙烯的弹性和压缩性不如橡胶，而且在高负荷时趋于流淌，甚至裂开。当加载高于3MPa时，20MPa左右时，会被压碎。因此聚四氟乙烯一般只用作带槽法兰的垫片材料，而3.5MPa6所示。飞弧性，使得聚四氟乙烯特别适用于各种需要绝缘的场合。(包括三大强酸和氢氟酸)都不发生反响。聚四氟乙烯不会受潮，也不溶解于任何的溶剂(但能溶解于熔融的碱金属)400℃时能放出有毒气体。由于聚四氟乙烯的性质不活泼，因此只能承受特别的方法对它粘接。在粘接时应留意粘接剂的最高工作温度。聚四氟乙烯能用一般的刀具进展高速切削加工。在聚四氟乙烯烧结成形时参加不同的添料(如石墨、玻璃纤维、铜粉等)，可得到改性聚四氟乙烯，主要是改善其机械性能和热学性能。动元件等。聚四氟乙烯的应用温度范围为-50～200250℃。聚乙烯和聚丙烯聚乙烯和聚丙烯分别是乙烯和丙烯的热塑高分子聚合物．它们的特点是：性能稳定，在室温下几乎不卤素或有机酸能够集中透过这些热塑材料或者被它们吸取，而且一些碳氢化合物(如四氯化碳和三氯乙烯)能够引起它们鼓胀。所以，尽管聚乙烯和聚丙烯的蒸气压在10-7Pa范围内，但是由于它们的强度和工作温度的限制，使得这些材料在真空技术中的应用受到很大的限制。尼龙100℃以下使用。在这个范围内，尼龙具有良好的机械加工性能、良好的强度和韧性、较低的蒸气压、很强的耐酸、油、大多数溶剂以及其它化学物品的力量。酚醛塑料是一种热固性塑料。由于其蒸气压很高，一般只能在粗真空和低真空范围内使用。有机玻璃5×l0-5Pa。碳(石墨)及碳纤维制品碳(石墨)24碳(石墨)的性质性质温度(℃)24碳(石墨)的性质性质温度(℃)或成形数值单位原子序数密度20~30020~150020~100612.0162.21~2.251.5~1.753700±1000.200.4011~22×10-722~46×10-7≥30.2~0.6600~80达1000600~11004.0~4.8g·cm-3真实值外表值℃cal·g-1·℃-1℃-1线热膨胀系数布氏硬度kg·mm-2kg·mm-2kg·mm-2202023电阻率电子逸出功eV碳(石墨)纤维60年月以来快速进展的一种材料。在真空技术中，它主要用于加热装置的电热体、绝热层和防腐耐热的环境中。它有着优异的电学、热学和力学性质。其纤维是一种比蜘蛛丝还细、比铝还轻、比不锈钢还耐腐蚀(耐大多数化学试剂腐蚀，仅对强氧化剂，例如铬酸盐等在高温下能起反响)、比耐热钢还耐高温，又能像铜那样导电的材料。碳纤维的工作温度可达-180～3300℃。即使从3000℃冷却到室温也不炸裂。其织品是真空电炉中颇具优势的好材料。2023～300099％的石墨纤维。其性2倍。辐射面积大，热惯性小，导电率高，密度小(重量轻)，在高温下不变形、熔点极高，易成形。其另一特点是受热时，在轴向是冷胀热缩，而且其热膨胀系数很低，比一般钢小几十倍，实际上近乎为零。25。性能25钨石墨纤维与难熔金属性能比较材料钼 钽石墨带注熔点(℃)34002600 30003800比重(g/cm3)19.610.2 16.62.24使用温度(℃)27502100 20233300蒸汽压(Pa)1.3×10-34×10-1 6.6×10-64×10-42023℃黑度(ε)0.03~0.30.1~0.3 0.2~0.30.95升温强度变化下降下降 下降提高承受外表功率4030 —401000℃(W/cm2)3015 —301400℃碳纤维—树脂复合材料(碳纤维增加塑料)碳纤维—树脂基复合材料(碳纤维增加塑料)，是以树脂为基体，用碳纤维增加的一种型复合材料。作为基体材料的树脂，目前以环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯树脂应用最广。作为增加材料，与玻璃纤维等增加材料相比，碳纤维具有高强度、高模量、断裂伸长小等特点，高强度碳纤维拉伸强度可达3500MPa12023℃以上高温，其强度和弹性模量保持不变，这是难得的优良性质。水性好等特点。碳纤维增加塑料在真空工程中可用于制做轴承、密封圈、垫、齿轮等零件，具有耐磨、耐腐蚀、耐热、无需润滑等特点。目前应用的碳纤维增加塑料产品有以下几种。①T300／5208Narmco5208UCC公180℃以下使用时，具有较好的综合性能。②T300／914914是一种适中熔融粘度的改性环氧树脂，T300／914914树脂作基体，碳纤维300增加的复合材料，具有较高的断裂强度，但耐热性较低，适合在-60℃～180℃范围内工作。③Rigidite5245碳纤维增加材料：这种增加复合材料是美国Narmco公司研制的一种高应变、抗冲击操作工艺性。④4211／T30、5221／T30复合材料：该材料为北京航空材料争论所研制并生产。分别是以4211、5221环氧树脂体系浸渍高强型碳纤维制成的单向预浸料，具有耐高温、耐湿热、力学性能好等特点，分别120130℃下使用。⑤HD01CHD01HS-3120℃下使用。(未完待续)[2023-10-1914:15:36]

第十一讲:真空材料〔4〕[简介]:真空工程的用材范围包括：真空设备的壳体，真空规管，置放于真空容器内的各种固定、活动、可拆卸机构及部件，各类密封材料，各类真空获得手段的工作物质等等。真空系统中所用的材料大致可分为两类。第十一讲：真空材料其它真空材料真空泵的工作介质机械泵油：适当的粘度、较低的饱和蒸气压。射流抽气。热稳定性及抗高温氧化性好。(10～10-2Pa)下有较高的抽气量，所以泵油的热稳定性和抗氧化性肯定要好。在锅炉温度下有较高的饱和蒸汽压(室温下的蒸汽压并不需要很低)，馏分要窄。关心密封材料封泥和封漆等。真空封蜡50～100℃，使用时加热软化涂1.3×10-4Pa20#、50#、80#几种，标号越大其粘度越大。真空封脂31表表31 国产真空脂主要性能名称成分滴点oC20oC时饱和蒸气压PaoC1#真空脂2#真空脂3#真空脂物6769712.8×10-64.1×10-61.3×10-73030354#4#真空脂脂物物皂基脂硅油加硅粉210/10-5～10-610-4130-40～200夏季室温可选用硬而粘度大的油脂；工作温度较高时应选用4#脂为宜。在使用时油脂应涂得少而匀，以免污染系统。真空封泥真空封泥是由高粘度低蒸气压的石蜡与高岭土为主要原料混合而成的一种油泥。其可塑性好，易成形。它的饱和蒸气压不大于6.6×10-2Pa，使用温度在泥对金属和非金属均有很好的附着力。真空漆真空漆(如紫漆和甘酞树脂漆)也可在真空技术中刷涂或喷涂于零件外表及H1×10-4Pa)。2在枯燥和硬化后能承受200℃以下的温度，同时还具有良好的抗腐蚀力量。使用中。真空粘接剂环氧树脂封胶200℃温度下，也能保证牢靠的密封及足够的机械强度。10-4Pa空系统中。一般,这种密封树脂商品同时附有固化剂，使用时按比例混合。混合1～2h60