几种影响真空室极限真空因素分析
商城信息 发布于：2024-04-15
一、容器原有气体的余压
极高真空系统启动前，容器、管道和冷阱等部件中预先存储了一定量的气体。当采用特定抽速的泵来排除这些气体时，容器内的压力会随时间指数性下降。如果系统没有其他外部气源，仅考虑容器内原有的气体，那么一个具备适当抽速的泵可以迅速抽走这些气体分子。随着抽气过程的持续，容器内的压力逐渐降低，可以达到非常低的水平，因此原有气体的余压通常不是限制系统极限压力的关键因素。
在选择真空机组时，对容器内原有气体的每种成分都应保持一定的抽速。由于极高真空的抽气泵对气体具有强选择性，必须对气源进行详细分析，这包括了解放气量和放气成分。泵的选择也应基于这些参数。单一抽气方法往往不足够，需要综合考虑并采用多种手段，以达到期望的真空度。一种方法是冲洗系统中的原有气体，即用易于被机组排除的气体多次冲洗系统，以置换出难以排除的气体。这有助于降低极限压力。然而，由于系统本身的泄漏、渗透、放气以及可能的化学反应，这种方法可能仅在系统启动初期有效。如果机组对某种气体没有足够的抽速，该气体的余压可能会影响系统的极限压力。
二、系统的漏气问题
漏气是限制真空系统极限压力的重要因素之一。一旦系统出现显著的漏气，其极限压力就会受到限制。在保持恒定的抽速下，减少漏气率可以进一步降低系统的极限压力。
漏气主要源自原材料的气孔和缺陷、不良的焊缝、密封失效以及“冷漏”等现象。在选择极高真空系统的材料时，应优先考虑真空冶炼的材料，因为它们含气量少，且冷轧材料相比热轧材料具有更少的气孔和缺陷。在工艺上，应优先采用熔化焊，避免使用如银焊和铜焊等可能导致漏气的焊接方法。这些焊接方法涉及母体金属不熔化的钎焊，可能在应力或温度变化下导致密封失效。
目前，极高真空系统多选用1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti不锈钢材料，因为它们具有优良的高低温性能、真空性能、焊接性能、抗腐蚀性能以及机械加工性能。然而，在氩弧焊工艺中，需要特别注意以下几点：首先，尽量减少起弧和灭弧的次数，确保在灭弧或起弧处的金属完全熔化后再移动；其次，避免长时间使用大电流焊接，以减少合金元素的烧损和保持稳定的金属结构。对于不得不采用大电流焊接的零部件，焊后最好进行真空退火处理，以细化晶粒、消除内应力和提高机械强度及抗腐蚀性。
极高真空的密封连接通常采用金丝圈密封结构，要求金属接触面的表面粗糙度小于0.2μm，凹凸法兰的配合间隙小于0.05mm。在装配过程中应仔细操作，以确保密封效果。检漏时，应使用高灵敏度的检漏仪器对各个部件进行仔细检查。为了提高系统的可靠性，还可以在结构上采用双层保护真空的设计。
三、放气现象
真空装置的放气源主要包括表面吸附气体的脱附、材料内部溶解气体的扩散、材料的蒸发、分解、解离以及气体与固体表面发生的化学反应等。在极高真空系统中，材料的选择至关重要。通常，不锈钢、铜、无氧铜、钨、钼、钽、金、银以及硼硅氧玻璃等材料因具有一定的强度、化学稳定性以及较低的蒸气压和分解气压而被选用。相反，橡胶、油脂、普通塑料、黄铜（因含有蒸气压较高的锌）以及低温合金（如含锡、铅的合金）等材料则不宜使用。
放气过程与材料的性质密切相关。例如，表面吸附的气体脱附可以通过适当的烘烤来有效去除。烘烤温度和均匀性对脱附量有显著影响，因此选择合适的烘烤温度和确保温度分布的均匀性至关重要。此外，烘烤后的不锈钢系统放出的气体中，水蒸气显著减少，而氢气成为主要成分。氢气主要来源于金属冶炼过程中溶解的氢向真空侧的扩散。
除了烘烤，冷冻也是减少水蒸气放气量的有效手段。它不仅可以使表面吸附的水蒸气结冰从而减小放气量，还可以对水蒸气产生一定的抽速，进一步降低空间中的水蒸气分子浓度。在较低温度下，金属表面与氢、氧的化学吸附概率也会减小。如果系统长期暴露于大气中，为了避免水蒸气的吸附，在打开容器前引入干燥氮气是有益的。这样做可以显著缩短排气时间，并减少空间中的水蒸气。
溶解在材料内部的气体也是放气的重要来源。例如，不锈钢在冶炼或浇铸过程中会溶解一定量的气体，而长期放置在大气中的材料也会因扩散作用而再溶解大气中的气体。这些气体会作为杂质原子在材料内部扩散，并在适当的
