真空系统检漏课件

真空物理与技术第7章高真空技术真空物理与技术第7章高真空技术高真空技术真空材料选择真空清洗技术真空密封技术真空系统检漏真空系统计算高真空技术真空材料选择真空系统真空系统真空泵组、真空规、阀门、管道等按一定要求组合而成，具有一定抽气功能的装置基本要求极限真空度和工作真空度一定的抽速合适的残余气体组分结构牢靠、操作简单、维护方便真空系统真空系统真空材料结构材料主体材料，承受大气压主要是金属和玻璃辅助结构材料弹性、绝缘材料，具有特殊性能陶瓷、玻璃、橡胶、塑料真空密封材料零部件连接处、漏气点辅助密封真空油脂、真空封蜡真空材料结构材料材料的真空性能材料的扩散与渗透性气体的渗透过程气体分子碰撞外壁并吸附吸附时有的气体分子能离解成原子态金属表面非材料金属没有，气体不解离惰性气体不能溶解在晶格中，不能渗透气体分子（原子）在壁面达到与环境气压相对应的平衡溶解度与压强差、温度相关在浓度梯度作用下向内壁扩散（关键环节）在内壁解吸和释出渗透速率渗透率与气体和材料种类相关金属：SSCuAl(很小，忽略）FeNi（渗氢)非金属：渗透过程和气体分子直径和材料空隙相关避免使用多孔、粗结构、松软层状材料材料的真空性能材料的扩散与渗透性材料的真空性能材料的放气溶解、吸附的气体在真空环境中解溶解吸常温放气有机材料：水汽，放弃速率高，随时间衰减慢不宜做真空系统内部材料金属

玻璃陶瓷：水汽COCO2放气速率低，随时间衰减快高温放气高温放气主要由体内扩撒过程决定金属：COH2CO2H2O气体呈原子态，表面反应玻璃、金属的表面层经过化学清洗、去脂、抛光、烘烤降低放气性能材料的真空性能材料的放气材料的真空性能机械强度材料圆柱端板半球D/hLc/DD1/h1h1/δR/h220℃Cu500℃Cu20℃Ni500℃Ni20℃Al500℃Al20℃SS500℃SS玻璃氯丁橡胶PVC有机玻璃云母845810090706210589702.5123.7108.51110.598.711.610.591.73.82.15273378916101430581585731170.291560078047083047030材料的真空性能机械强度材料圆柱端板半球D/hLc/DD1材料的真空性能蒸发、升华、蒸汽压不能采用蒸汽压很高的材料SnPb等蒸汽压随温度升高而改变有机材料：不能烘烤，蒸汽压高不能在超高真空下使用化学稳定性和热稳定性承受温度变化,强度变化电磁性能电子束、粒子束存在的条件下光学性能材料的真空性能蒸发、升华、蒸汽压真空选材原则结构材料足够的机械强度和刚度（大气压，烘烤不变形）气密性好，低的渗透率和放气率工作温度和烘烤温度下低饱和蒸汽压化学稳定性好，不易氧化和腐蚀，不发生化学反应热稳定好高低温下保持真空性能和机械性能密封材料足够低的饱和蒸汽压化学及热稳定性好，不软化，不反应，不挥发一定的机械及物理性能易清洗清除

Ifyouarenotsure,don’tuseit.真空选材原则结构材料Ifyouarenotsure结构材料金属普通系统低碳钢、SS、Cu、Al、铝合金超高真空系统SS、高Ni合金、OFHCAlCu受Hg蒸汽侵袭(Al+5%Si)材料处理方法抽气时间

(h)抽气后放气率(Torr.L/cm2.s)低碳钢未抛光抛光882*10-82*10-9SS机制铸件酒精蒸汽脱脂酒精蒸汽脱脂化学清洗300C烘烤400C烘烤1000C烘烤552412241632*10-99*10-102*10-10<10-1210-123*10-1410-17(外推）Al抛光酒精脱脂400C烘烤524167*10-101.5*10-102*10-14结构材料金属材料处理方法抽气时间

(h)抽气后放气率低碳钢未结构材料玻璃内部结构无规则的非晶态材料（玻璃态）气密性、饱和蒸汽压（忽略）分类铅玻璃：SiO2、Al2O3、氧化铅，易加工，电阻率大，照明灯具钠钙玻璃：SiO2,Al2O3,Na2O,CaO易加工，真空管外壳硼硅玻璃：SiO2(95%)，氧化硼热膨胀系数低，真空系统石英玻璃：SiO2(>98%)，热膨胀系数非常低，>900C，加工困难机械性能差、容易炸裂、温度（剧烈变化、高温）破裂只是由于张应力的缘故突然冷却比突然加热危险的多最危险：两表面稳定温度差（热梯度）结构材料玻璃辅助结构材料弹性材料可拆连接处垫圈可活动部分的密封圈弹性管子可弯曲弹性连接要求：良好的弹性、耐受一定的温度、低饱和蒸汽压、低放气率和渗透率真空橡胶和人造橡胶辅助结构材料弹性材料弹性材料分类类别名称化学成分特性电阻耐火不透热阻冷阻不耐油天然橡胶丁基碘橡胶聚丁二烯异戊间二烯异戊间二烯/异丁烯丁二烯GGGPPPFEFFGFGFG耐油和耐石油聚硫橡胶氯丁橡胶有机多硫聚合物氯丁二烯FFPPEEGGFF耐热硅酮，硅橡胶氟代烃氟化橡胶聚硅氧烷乙烯叉氟化物六氟丙脂烯EEFGFEEEFE:优G:良F:中P:差弹性材料分类类别名称化学成分特性电阻耐火不透热阻冷阻不耐油天辅助结构材料塑料塑料类别化学成分商品名特点丙烯聚甲基丙烯酸甲酯人造荧光树脂有机玻璃聚异丁烯酸树脂透明，但蒸汽压高氟代烃聚四氟乙烯聚三氟氯乙烯PTFE特氟伦氟路昂惰性，耐热耐冷，蒸汽压低聚乙烯聚乙烯碱烯抗化学作用聚苯乙烯聚苯乙烯耐辐射、耐冷聚氯乙烯聚氯乙烯乙烯基树脂辅助结构材料塑料塑料类别化学成分商品名特点丙烯聚甲基丙烯酸人辅助结构材料绝缘材料陶瓷硬，脆，强度高，耐高温(1000C以上)耐强烈振动和较大机械负荷，介电性和热稳定性好硅酸盐陶瓷：硬瓷、镁-铝硅酸盐氧化物陶瓷：氧化铝、氧化镁、硅藻土、氧化锆云母铝硅酸盐无色、透明、没有斑点片状结晶矿物，沿晶剥裂，薄片介电常数高、化学稳定性好、软化点1500C400C分解不透明，550C放出结晶水，不能用于500C以上辅助结构材料绝缘材料真空密封材料基本要求饱和蒸汽压足够低：10-3~10-4Torr10-6Torr热稳定性：不发软或变流动失去密封性机械性质和物理性质：固态、没有气泡、不开裂、粘性能溶于适当的溶剂真空封脂、真空封蜡、真空漆真空密封材料基本要求真空密封材料真空封脂具有一定粘度、蒸汽压足够低的脂膏状物质涂在两面光滑接触面转动、滑动后仍能密封用于玻璃活栓、磨砂接头等处使用局限温度降低粘度增加，活栓转动困难温度降低出现裂纹漏气温度过高粘度减小，承受不了大气压力被挤掉，漏气阿皮松系列、国产上炼系列真空密封材料真空封脂真空密封材料真空封蜡一定硬度和粘度的蜡泥状物质适用于不可拆的接头密封，填补小漏孔真空泥精致石蜡与特殊矿物土均匀拌和的可塑性油泥饱和蒸汽压<10-3Torr，<30C使用塑性好，易成型（手捏），附着性好真空蜡精炼沥青、虫胶、蜂蜡均匀混合软化点比真空泥高，半永久密封加热使用（蜡、涂敷面）饱和蒸汽压<10-6Torr真空漆能刷涂、喷涂适用于密封为找到漏孔真空密封材料真空封蜡真空密封材料真空粘结剂环氧树脂胶胶合剂，200C以下正常工作（密封、机械强度）10-9Torr，固化时间1-2小时放气率较大10-6Torr.L/s.cm2氯化银封接饱和蒸汽压低300C10-7Torr300-400C反复烘烤不影响性能真空密封材料真空粘结剂真空润滑材料真空脂或真空油润滑剂固体润滑剂二硫化钼（含四氟乙烯，石墨）石墨（铅笔灰）液体润滑剂全氟醚润滑剂替代矿物油，用于各种干式泵旋转转动部件润滑超高真空外围设备应用真空润滑材料真空脂或真空油真空清洗技术真空清洗清除表面可见污垢去除粘附在表面的物理污染物（油、脂、灰尘）去除表面化学污染物（氧化物、硫化物）清洗工艺表面层去除机械或化学方法除去（磨料喷洁、刷、酸洗、浸蚀）油脂去除动植物油：水解在脂肪酸中，碱性溶液清洗矿物油：溶解于有机溶剂中机械清洗-酸洗-去垢清洗-去油脱脂真空清洗技术真空清洗金属清洗酸洗酸洗液-彻底冲洗-碱浴中和-热风吹干金属酸洗液金属酸洗液AlNaOH(10%)用NaCl饱和15-50s后浸入10%HClSS1~3%HNO3+25%HCl65C7%H2SO4+3%HCl65CCuHNO3:H2SO4:HCl:H2O(25:60:2:13)500mlHNO3、500mlH2SO4、10mlHCl+5g碳黑Mo蒸馏水100ml+CrO312g+H2SO43ml室温15sFe50%HCl溶液5～15％H2SO4溶液W50mlHNO3＋30mlH2SO4溶于20ml蒸馏水沸腾H2O2金属清洗酸洗金属酸洗液金属酸洗液AlNaOH(10%)用Na玻璃清洗清洗液铬酸

1L浓硫酸+50ml饱和重铬酸钾，加热褐红色时有效，绿色时失效5%HF+33%HNO3+60%H2O冷用有机溶剂去除油脂，二氯乙烯、煤油酒精（石英必须用酒精）乙醚、丙酮玻璃清洗清洗液清洗技术陶瓷清洗800~1000焙烧碱清洗液清洗，稀HNO3浸渍橡胶清洗降低出气率70C20%KOH清洗，漂洗后吹干70C真空出气4~5小时尽可能使用“新鲜”处理的材料清洗技术陶瓷清洗尽可能使用“新鲜”处理的材料真空密封技术真空系统各种组件和材料的组合更换零件、开关容器真空密封的基本要求保证零件连接，又要防止通过接头漏气真空气密性：必须不漏气，但不一定是气密的允许电流的传输，材料传递真空密封分类永久密封可拆密封电引入密封材料传输密封真空密封技术真空系统真空密封技术永久密封金属熔焊：利用温度或压力使金属局部熔化（气焊、弧焊）钎焊：用第三种熔点较低的金属焊接两种金属（低温）玻璃熔融：将玻璃加热到软的足以加工的温度退火点：软玻璃400C，硬玻璃>500C热膨胀系数、残余应力玻璃－金属直接粘附：可以达到真空密封，但不结实中间加氧化层：一系列分层氧化物陶瓷－金属玻璃作为中间材料真空密封技术永久密封真空密封技术半永久可拆密封石蜡（粘附剂）暂时连接零件或泄漏接缝环氧树脂胶氯化银封接磨口封接平面磨口：用于不需要轴向移动零件锥形磨口：相同锥度的内外两部分装配球形磨口：小口径密封涂脂真空密封技术半永久可拆密封真空密封技术液体密封用液体材料密封连接部件的空隙水银、油垫圈密封表面光洁度非常好的法兰紧压，会留下微米大小的通道真空密封技术液体密封电线引入基本要求与管壳绝缘，密封连接到真空系统永久引线基于玻璃－金属、陶瓷－金属封接可拆引线引入线和真空系统分开垫圈密封或者石蜡密封电线引入基本要求物质传递气体传递：活拴或者阀门改变气流方向，调节流量大小，切断或接通管路物质传递气体传递：活拴或者阀门真空系统零件阀门玻璃活栓带孔的芯子转动芯子控制气体通路用封脂密封小口径隔膜阀手轮带动阀杆上下移动隔膜离开或压紧阀座真空系统零件阀门真空系统零件阀门球阀两个环状弹性体紧压于一个金属球表面金属球上有一个大穿孔手柄转动金属球使穿孔改变方向O形密封圈密封蝶阀阀板的边缘上嵌有O形密封圈阀杆带动阀板转动密封圈与阀体紧密接触关闭，900

体积小。结构简单真空系统零件阀门真空系统零件阀门电磁阀磁力驱动电磁线圈接通电流，磁力吸引衔铁，带动阀盖，将阀门打开电磁真空带充气阀机械泵入口专用阀门自动放气真空系统零件阀门真空系统零件阀门针阀微调阀阀塞为针形，主要用作调节气流量超高真空阀门能承受高温(400～450℃)多次烘烤放气量小，气密性好重复性好流导大无氧铜阀盖，不锈钢阀体真空系统零件阀门真空系统检漏真空检漏的重要意义抽气过程极限压强dP/dt=0时Pu=Q/Se漏气与放气总和Q对有效抽速Se的比值物理过程：一边抽气，一边不断的漏气，动态平衡要得到低的极限压强：提高有效抽速、减低漏气量漏气形成原因系统微小裂缝：玻璃、金属、金属-玻璃封接、引线封接肉眼不能直接观察，必须予以找出并修复（更换）真空系统检漏真空检漏的重要意义真空系统漏气的判断抽不到预定的极限真空材料放气泵工作不正常漏气判断测量系统压强变化a:压强保持P0不变。既不漏气，也没有放气，泵不正常b:开始上升较快，然后饱和。放气c:直线上升。漏气，漏气量正比大气压（常数）d:开始上升很快，后来变慢，漏气、放气真空系统漏气的判断抽不到预定的极限真空漏孔大小漏孔本质漏气：在压强差作用下气体流动气体流动：流量（单位时间流过的气体量）用通过漏孔的流量表示漏孔大小漏率定义：在漏孔一端为标准大气压，另一端低于0.01大气压，大气露点低于25C（干燥空气），温度23C，空气通过漏孔的流量只要漏孔漏率相同，就可以认为完全相同Torr.L/sPa.L/s同一漏孔，对不同气体漏率不同分子态He漏率为空气的2.7漏孔大小漏孔本质漏率大=危害大？不确切漏入一定气体量引起的压强增长与容器体积大小有关漏孔的危害是相对的泵抽速大小容器体积漏率大=危害大？不确切容许漏率极限压强抽气、漏气（忽略放气）动态平衡绝对不漏：不可能、不必要漏孔的漏气足够小，平衡压强小于工作压强容许漏率：真空系统正常工作所允许的最大漏气量考虑到材料放气（消耗抽速）抽速越大、压强越高，容许漏率高容许漏率极限压强考虑到材料放气（消耗抽速）抽速越大、压强越常见真空设备容许漏率漏率（Torr.L/s)真空设备10210110-110-210-310-410-510-610-710-810-910-1010-11简单减压装置、真空过滤减压干燥、真空浸渍减压蒸馏、真空干燥真空蒸馏、真空干燥真空蒸馏、冷冻干燥分子蒸馏、真空反应器连续抽气的汞弧整流器放射性元素容器、保温瓶真空冶炼设备回旋加速器一般高真空抽气装置宇宙空间模拟设备、半导体真空设备超高真空设备（连续抽气）封闭电真空器件（微波管、电子束管等）常见真空设备容许漏率漏率（Torr.L/s)真空设检漏基本原理检漏目的确定真空系统是否存在漏气找出漏孔位置（修复或更换）估计漏孔大小（必要时）方法压强差示漏气体检漏基本原理检漏目的利用压强差原理漏孔两端存在压强差，就有气体流动利用气体流动引起的效果，探测漏孔位置P1>P2气体由内向外流动P1<P2气体由外向内流动特点利用空气，探测简单灵敏度不够，不能查小漏孔利用压强差原理示漏气体和探测器原理Pt丝正离子发射-卤素剧烈增长：卤素检漏器放射性元素-闪烁计数器：放射性元素检漏质谱计-特种气体：He质谱检漏示漏气体和探测器原理探测器的响应响应示漏气体对准漏孔，到探测器出现反应以及随后变化过程立刻响应对上漏孔迅速反应：火花检漏计快速响应反应逐步升高，较快稳定：卤素检漏响应慢但稳定需要很长时间稳定：静态升压、氨检漏探测器的响应响应探查法响应I:示漏气体未对准漏孔，大气漏入，压强稳定II:示漏气体对准漏孔，空气分压下降，示漏气体分压上升，总压强上升III:示漏气体离开漏孔，空气漏入，压强恢复示漏气体分压强建立需要足够的时间检漏效果与真空系统相关：抽速影响探查法响应I:示漏气体未对准漏孔，大气漏入，压强稳定检漏器的性能指标能检出尽可能小的漏孔反应迅速（2~3s内反应）最好既能找出漏孔，又能确定漏率稳定性好所用示漏物质空气中含量要小，价廉，无毒，环保检漏范围宽结构简单，便于维护检漏器的性能指标能检出尽可能小的漏孔检漏技术压力检漏法在被检容器内充气，从漏孔泄出，观察漏孔处打气检漏法打气（几个大气压）进入液体中（水），由冒泡确定漏孔位置1atmN2－水，肉眼观察10-4Torr.L/s漏孔H2－表面张力小，粘度小液体，显微镜观察检漏技术压力检漏法检漏技术压力检漏法卤素检漏法Pt在高温(850-950C)产生正离子发射遇到卤素气体发射急剧增加示漏气体：多氯卤化物（氟利昂、氯仿、四氯化碳）卤素气体充入容器，外部查找漏孔最高10-8Torr.L/s，一般10-5~10-6Torr.L/s检漏技术压力检漏法检漏技术压力检漏法氨检漏法示漏气体：NH3，充入容器外部涂上试剂或贴上试纸（酚酞、石蕊）试纸、试剂变色显示带：溴酚蓝、甲酚红、甲基红等可检最小漏孔与静置时间相关5x10-6Torr.L/s30min5x10-6～5x10-7Torr.L/s1hour5x10-7～1x10-7Torr.L/s2~4hour10-8Torr.L/s10hour缺点：氨有毒，腐蚀Cu，Ag等金属容器检漏技术压力检漏法检漏技术真空检漏法将容器抽空，漏入大气。漏气抽气平衡示漏气体巡回喷吹，查找漏孔高频火花检漏金属尖端放电：大气对高频电场是导体低压气体放电高频电场透过玻璃激发低压气体放电正常：火花位置跳跃漏孔：大气漏入，形成放电通道，火花顺气流钻（特别明亮），尖端移动时，火花击中点不动金属系统、高真空系统不能用检漏技术真空检漏法气体放电颜色蒸气放电颜色空气玫瑰红水银蓝绿