真空閥門的材料選用注意事項

 人們很早就知道某些材料具有很強(qiáng)的吸氣能力，如活性炭等。現(xiàn)在已進(jìn)一步了解到大多數(shù)金屬和非金屬材料或多或少都具有這種能力，這是真空技術(shù)，特別是超高真空技術(shù)中非常重要的物理現(xiàn)象，可為人們獲得、提高或維持系統(tǒng)的真空度提供重要的手段。但是，對于真空閥門設(shè)計來說，感興趣的是這種物理現(xiàn)象的逆過程， 即放氣現(xiàn)象，研究這種放氣現(xiàn)象對于提高真空閥，特別是超高真空閥的產(chǎn)品質(zhì)量是極其有益的。

材料的放氣是真空閥門總漏量中的一個重要組成部分。氣體的來源主要有：吸附于真空閥零件內(nèi)表面的氣體；從金屬內(nèi)部擴(kuò)散出來的氣體以及金屬表面因發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)而釋放出來的氣體。

①不銹鋼的放氣量很小。只及銅的1/10左右， 與鋁相比，則僅為它的1/100左右；

②橡膠與樹脂的放氣量比金屬材料都要高出100倍左右，zui高的如硅橡膠則要高出1000倍以上。

放氣現(xiàn)象與溫度有關(guān)，溫度越高，放氣速率越大。 因此用加熱方法除氣是一種十分有效的手段，材料經(jīng)過烘烤后的放氣量要大大低于未烘烤時的放氣量。

22.4.2蒸氣壓、蒸發(fā)、蒸發(fā)（升華）速率

物質(zhì)通常有三種不同的狀態(tài)，即氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)。它們依據(jù)一定條件而相互變化，液態(tài)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)的過程稱為蒸發(fā)；固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的過程稱為升華。一定溫度下，在封閉的真空空間中，液體（或固體）汽化的結(jié)果，使空間的蒸氣密度逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定蒸氣壓之后，單位時間內(nèi)脫離液體（或固體）表面的汽化分子數(shù)與從空間返回液體（或固體）表面的再凝結(jié)分子數(shù)相等，即蒸發(fā)（或升華）速率與凝結(jié)速率達(dá)到動態(tài)平衡，可認(rèn)為汽化停止，這時的蒸氣壓稱為該溫度下液體（或固體）的飽和蒸氣壓。

一般來說，在一定溫度下飽和蒸氣壓高的材料，其蒸發(fā)（或升華）速率也大，蒸氣壓和蒸發(fā)（或升華）速率之間有如下關(guān)系：，

W=4. 35X10—4 {（M/T）1/2

式中W——蒸發(fā)（升華）速率，g/（cm2 • s）；

M摩爾氣體質(zhì)量，g/mol;

T~一熱力學(xué)溫度，K; p——溫度為了時材料的飽和蒸氣壓，Pa。

在真空技術(shù)中，材料的蒸氣壓和蒸發(fā)（升華）速率是需要重視的參數(shù)。如真空油脂、真空規(guī)灼熱燈絲的飽和蒸氣壓，均能成為影響極限真空度的起源。鎘和鋅具有很高的蒸發(fā)速率，因此不宜用作超高真空閥件的鍍層材料，如在合金成分中，鎘和鋅的含量很 高，這種合金也應(yīng)避免采用。

在真空閥門設(shè)計中，材料的冷焊是一個不可回避的問題，它可能出現(xiàn)在密封面上、法蘭連接處以及螺紋副上。這種冷焊的機(jī)理是，在真空情況下，特別是在超高真空情況下，金屬表面會失去吸氣層，吸氣層的消失會導(dǎo)致金屬表面摩擦因數(shù)增加，這樣就有可能 造成金屬接觸表面局部或全部焊住。例如，如果把一塊銅試樣置于超高真空系統(tǒng)中，用幾千千克力把它拉斷，再用50?lOOkgf使其斷開合在一起，結(jié)果裂縫會自行消失，裂縫處的強(qiáng)度仍可達(dá)到原來強(qiáng)度的96%左右。其他材料也有與此相似的現(xiàn)象。實驗表明，影響冷焊現(xiàn)象的因素很多，但主要因素是溫度， 通常存在這樣一個溫度值，在該值以下，冷焊就不會發(fā)生。目前，冷焊現(xiàn)象的研究還只能依靠實驗手段。

選用真空閥門時主要應(yīng)注意的事項如下：

①所應(yīng)用的真空區(qū)域；

②關(guān)閉時閥門兩邊所承受的壓力差；

③閥的漏率；

④能承受的烘烤溫度；

⑤能承受的環(huán)境溫度；

⑥以開啟/封閉次數(shù)計的壽命；

⑦如為超高真空金屬閥，還需知道其允許的升溫率和降溫率。

參考文獻(xiàn)

[1]徐成海等.真空低溫技術(shù)與設(shè)備.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[2]王曉冬等.真空技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[3]徐成海.真空工程技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[4]王孝天等.不銹鋼閥門的設(shè)計與制造.北京： •原子能出版社，1987.

[5]達(dá)道安.真空設(shè)計手冊.北京：國防工業(yè)出版社，2004.

[6]B/T 3163—2007.真空技術(shù)術(shù)語.

[7]JB/T 6446—2004.真空閥門.