Vakuumda ishlatish uchun materiallar - Materials for use in vacuum - Wikipedia

The Uzoq muddatli ta'sir qilish mexanizmi vakuumda turli xil materiallarni sinash uchun ishlatilgan.

Vakuumda ishlatish uchun materiallar ning juda past ko'rsatkichlarini ko'rsatadigan materiallar gaz chiqarish yilda vakuum va agar kerak bo'lsa, ularga toqat qiladilar pishirish harorat. Bunda talab qilinadigan vakuum darajasi bilan talablar tobora kuchayib boradi vakuum kamerasi.Materiallar bir nechta mexanizmlar yordamida gaz ishlab chiqarishi mumkin. Gazlar va suv molekulalari bo'lishi mumkin adsorbsiyalangan materiallar yuzasida (shuning uchun suvga yaqinligi past bo'lgan materiallarni tanlash kerak, bu ko'plab plastmassalarni yo'q qiladi). Materiallar mumkin sublimatsiya vakuumda (bunga ba'zi metallar va ularning qotishmalari, xususan kadmiy va rux kiradi). Yoki gazlar chiqarilishi mumkin g'ovak materiallar yoki yoriqlar va yoriqlardan. Yog 'moylarining izlari, ishlov berish qoldiqlari sirtlarda bo'lishi mumkin. Tozalashdan keyin plastmassaga singib ketgan erituvchilarni gazdan chiqarish o'ziga xos xavf hisoblanadi.

Materiallardan bo'shatilgan gazlar nafaqat vakuum sifatini pasaytiradi, balki boshqa sirtlarda qayta so'rilib, cho'kmalar hosil qiladi va kamerani ifloslantiradi.

Yana bir muammo - bu gazlarning materiallarning o'zi orqali tarqalishi. Atmosfera geliy orqali tarqalishi mumkin Pireks asta-sekin bo'lsa ham shisha; ammo bu odatda muammo emas. Ba'zi materiallar kengayishi yoki kattalashishi mumkin, bu nozik uskunalarda muammolarga olib keladi.

Gaz bilan bog'liq muammolarga qo'shimcha ravishda, materiallar barcha kerakli harorat oralig'ida etarli quvvatni saqlab turishlari kerak (ba'zan erishish mumkin) kriogen ularning xususiyatlarini (elastikligi, egiluvchanligi, elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi yoki uning etishmasligi va boshqalar) saqlab turing, ishlov beriladigan bo'ling va iloji bo'lsa juda qimmat bo'lmang. Yana bir tashvish - bu issiqlik kengayish koeffitsienti qo'shni qismlarning uyg'unligi.

Qochish kerak bo'lgan materiallar

Materiallar uchta mexanizm bilan chiqib ketadi: ozod qilish so'riladi gazlar (de.)sorbsiya materialning asosiy qismidan), ozod qilish adsorbsiyalangan gazlar (desorbtsiya va faqat materialning bug'lanishi. Birinchisi non bilan kamaytirilishi mumkin, ikkinchisi materialning ichki xususiyati.[1] Ba'zi gazlangan materiallar boshqa sirtlarga tushishi, vakuum tizimini ifloslantirishi va undan xalos bo'lishi qiyin.

Vakuum tizimlarida eng ko'p uchraydigan muammolar (gazsiz):

  • Kadmiy, ko'pincha shaklida mavjud kadmiy qoplama yoki ba'zi birlarida lehim va lehim qotishmalar
  • Sink, ba'zi qurilish qotishmalarida mavjud bo'lgan yuqori vakuum va yuqori harorat uchun muammoli, masalan. guruch va ba'zi bir lehimli qotishmalar. Zaharlanishga moyil issiq katodlar va sirtlarda o'tkazuvchan qatlamlarni hosil qiladi.[2] Sink bilan qoplangan har qanday materiallar galvanizatsiya oldini olish kerak, yoki ular avval qoplamani olib tashlashlari kerak.
  • Magniy
  • PVX, odatda sim izolyatsiya (virtual qochqinning manbai ham)
  • Bo'yoqlar
  • Qo'rg'oshin va surma ba'zi yumshoq ishlatiladi sotuvchilar va yuqori haroratda gazni chiqarib tashlash[2]
  • Ko'pchilik plastmassalar, ya'ni ko'plab plastik lentalar (yopishtiruvchi moddalarga alohida e'tibor qaratish lozim). Fiberglas kompozitlari, masalan. Mikarta (G-10) va G-30, oldini olish kerak. Hatto Kapton va Teflon ba'zan tavsiya etilmaydi.[2]
  • Har xil qoldiqlar, masalan. oqim lehimleme va lehimleme va ishlov berishda moylash materiallari yaxshilab tozalashni talab qiladi. Chiqib ketadigan qoldiqlarni qattiq yoriqlardan olish qiyin bo'lishi mumkin; bunday xususiyatlardan qochadigan yaxshi mexanik dizayn yordam berishi mumkin.

Vakuumdan foydalanish uchun materiallar

Metall

  • Ostenit zanglamaydigan po'latlar uchun eng keng tarqalgan tanlovdir yuqori vakuum va ultra yuqori vakuum tizimlar. Barcha qotishmalar mos emas; masalan. bepul ishlov berish 303 po'latdir oltingugurt, bu ortiqcha gazga moyil. Argo ostida yaxshi payvandlanadigan qotishmalar boshq manbai odatda tanlanadi.
  • Yengil po'lat 10 yoshdan yuqori o'rtacha vakuumlar uchun ishlatilishi mumkin−6 torr. Gaz chiqarish mos keladigan (masalan, nikel) yordamida tushirilishi mumkin. qoplama. Uning vodorodga nisbatan yuqori o'tkazuvchanligi va zangga moyilligi bor. Foydalanish uchun uni vakuumda yaxshilab gazdan tozalash kerak.
  • Alyuminiy va alyuminiy qotishmalari tez-tez ishlatiladigan materiallarning yana bir klassi. Agar qotishmalar yuqori nisbatlarga ega bo'lmasa, ular yaxshi ishlov beriladigan va kam gazga ega rux. Ehtiyot qismlar bo'lmasligi kerak anodlangan, oksid qatlami suv bug'ini ushlaydi (va keyin gazdan chiqadi). Anodlash, shuningdek, sirtni zaryadlashi uchun sirtni o'tkazuvchan qilmaydi elektrostatik tizimlar. Eng yaxshi davolash usuli - bu Alochroming, bu sirtni muhrlaydi, uni qattiq va o'tkazuvchan qiladi. Uning gaz chiqarish darajasi ishlov berilmagan alyuminiydan ancha past. Alyuminiy va uning qotishmalari yuqori haroratda past kuchga ega, payvandlanganda buziladi va mis tarkibida yomon payvandlanmaydi. Alyuminiy simli uzuklar olinadigan qistirmalarda arzon qistirmalar sifatida ishlatilishi mumkin. Alyuminiy yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, yaxshi korroziyaga chidamliligi va vodorodning past eruvchanligiga ega. Yuqori haroratlarda quvvatni yo'qotish uni pishiriladigan dasturlarda ishlatilishini cheklaydi, ammo alyuminiy zanglamaydigan po'latdan kam og'irligi va arzonligi tufayli katta o'lchamdagi tizimlar uchun foydalidir. Alyuminiydan foydalanish uning payvandlash va payvandlashdagi qiyinchiliklar bilan cheklangan. U rentgen oynalari uchun ishlatilishi mumkin.[1]
  • Alyuminiy bronza o'xshash va mashinalarga o'xshash materialdir guruch. Bu sezgir emas o't ochish, bu uni zanglamaydigan po'latdan yasalgan toymasin moslamalar uchun moslashtiradi.
  • Nikel vakuum texnologiyasida keng qo'llaniladi, masalan. mexanik qismlar sifatida vakuumli quvurlar. U nisbatan arzon, nuqta bilan payvandlanishi mumkin, osonlik bilan ishlov berilishi mumkin, yuqori erish nuqtasiga ega va ko'plab korroziyali suyuqliklarga va atmosferaga chidamli. Uning potentsial kamchiliklari ferromagnetizm magnit maydonlari ta'sir qiladigan dasturlarni cheklaydi.[1]
  • Nikel qotishmalari, masalan. kupronikel[2]
  • Berilyum asosan rentgen oynalari uchun ishlatiladi.
  • Kislorodsiz mis keng qo'llaniladi. U osonlikcha ishlov beriladi va yaxshi korroziyaga chidamliligiga ega. Oksidlanish va tarozi hosil qilish tendentsiyasi tufayli pishadigan vakuumli konvertlarga yaroqsiz. Mis uzuklar olinadigan muhrlarda ishlatiladi. Oddiy mis yuqori vakuum uchun yaroqsiz, chunki gazdan to'liq chiqib ketish qiyin. Mis vodorodga sezgir emas, vodorod va geliy uchun suv o'tkazmaydi, suv bug'iga nisbatan sezgirligi past, ammo simob hujumiga uchraydi. Uning kuchi 200 ° S dan keskin tushadi. Uning bug 'bosimi 500 ° C dan yuqori bo'lganda sezilarli bo'ladi.[1]
  • Guruch ba'zi ilovalar uchun javob beradi. Bu yaxshi korroziyaga chidamliligiga ega. Sink tarkibida muammolar bo'lishi mumkin; nikel bilan qoplash orqali ruxning gazdan chiqarilishini kamaytirish mumkin.
  • Indium sökülebilen muhrlarda qistirma sifatida ishlatiladi.
  • Oltin sim juda yuqori vakuum uchun olinadigan qistirmalarda qistirma sifatida ishlatiladi, shuningdek elektr aloqalarini o'rnatish uchun qo'rg'oshin kalay lehimiga alternativa sifatida ishlatiladi.
  • Platina yuqori narxga ega va kam gaz chiqaradigan yuqori kimyoviy inert materialdir.
  • Zirkonyum korroziyaga chidamli. U past ishlab chiqarishga ega ikkilamchi elektronlar, shuning uchun u ishlab chiqarishni qisqartirish muhim bo'lgan joylarni qoplash sifatida ishlatiladi. U uchun ishlatiladi neytron derazalar. Bu qimmat va kam, shuning uchun foydalanish cheklangan. Zirkonyum va zirkonyum gidrid ishlatiladi g'azablanish.
  • Volfram ko'pincha yuqori haroratli dasturlarda, shuningdek elektron / ionli optikada filamentlar uchun ishlatiladi. Bu mo'rt bo'lib qoladi qotib ishlash mexanik deformatsiyaga uchraganda yoki juda yuqori harorat ta'sirida.
  • Molibden va tantal yuqori haroratli dasturlar uchun foydalidir.[2]
  • Titan va niobiy yaxshi materiallar.
  • Solders yumshoq lehimli bo'g'inlar uchun ba'zan muqarrar. Qalay-qo'rg'oshinli lehimlar (Sn50Pb50, Sn60Pb40, Sn63Pb37) apparati pishirilmasligi va ish harorati ko'tarilmasa (qo'rg'oshin chiqishga moyil) shartli ravishda ishlatilishi mumkin. Vakuum tizimlari uchun yaxshiroq tanlov - bu kalay-kumush evtektika, Sn95Ag5; uning erish harorati 230 ° C, 200 ° S gacha pishirish imkoniyatini beradi. Sn95Sb5 shunga o'xshash 95-5 qotishmasi yaroqsiz, chunki antimon qo'rg'oshin kabi bug 'bosimiga ega. Olib tashlashga e'tibor bering oqim qoldiqlar.
  • Lehimli qotishmalar tomonidan materiallarni birlashtirish uchun ishlatiladi lehim. Qotishmalarni tanlashda ehtiyot bo'lish kerak, chunki ba'zi elementlar ortiqcha chiqishga moyildir. Kadmiy va sink - bu eng yomon jinoyatchilar. Lehimli qotishmalarning keng tarqalgan tarkibiy qismi bo'lgan kumush yuqori harorat va past bosimlarda muammoli bo'lishi mumkin. Masalan, kumush-mis evtektika, masalan. Cusil, tavsiya etiladi. Yuqori alternativ - bu Cusiltin deb nomlangan mis-kumush-qalay qotishmasi. Mis-kumush-fosfor qotishmalari, masalan. Sil-Fos ham mos keladi.[2]

Plastmassalar

  • Biroz floropolimerlar, masalan. poliviniliden ftorid, vakuumda foydalanish uchun javob beradi. Ularning gazlari past va yuqori haroratga chidamli.
    • Polietetrafloroetilen (PTFE yoki Teflon) odatda vakuum tizimlarida ishlatiladi. Bu o'z-o'zidan yog'lanishi mumkin, yaxshi elektr izolyatori, yuqori haroratga chidamli va kam gazlangan. Vakuum va atmosfera o'rtasidagi to'siqqa mos kelmaydi, chunki u gazlar uchun ma'lum darajada o'tkazuvchan. Biroq, keramika eng yaxshi tanlovdir.[2]
  • Polietilen foydalanish mumkin, ammo gazni puxta tozalashni talab qiladi. Nalgen uchun arzonroq alternativa sifatida foydalanish mumkin Qo'ng'iroq idishlari.
  • Vespel polimid juda qimmat, ammo mashinalar yaxshi, yaxshi elektr izolyator xususiyatlariga ega va juda yuqori vakuum bilan mos keladi.
  • PVX, gazning yuqori chiqishiga qaramay, qo'pol vakuum liniyalari uchun cheklangan dasturlarda foydalanish mumkin.
  • Neylon o'z-o'zidan yog'lanishi mumkin, ammo gazning yuqori chiqishi va suvga yaqinligi yuqori.
  • Akril yuqori gaz chiqarish darajasi va suvga yaqinligi yuqori.
  • Polikarbonatlar va polistirol o'rtacha gaz bilan ishlaydigan yaxshi elektr izolyatorlari.
  • PEEK (PolyEtherEtherKetone) gaz chiqarishda nisbatan past ko'rsatkichlarga ega (0,31% TML, 0,00% CVCM, 0,06% WVR).
  • Kapton polimid plyonkaning bir turi bo'lib, uning gazlanishi juda past. Agar keramika alternativasidan foydalanish mumkin bo'lsa, Kapton tushkunlikka tushadi.[2]
  • Biroz elastomerlar vakuumli halqalarda ishlatish uchun etarli vakuum xususiyatlariga ega:
    • NBRlar, (Nitril kauchuk ), odatda ajratib olinadigan vakuum qistirmalari uchun ishlatiladi (faqat 100 ° S gacha pishiriladi).
    • FKM (FPM), (Viton ) olinadigan vakuum qistirmalari uchun ishlatiladi. Quyidagi bosimlar uchun qaraganda yaxshiroqdir nitril kauchuk va kimyoviy jihatdan ko'proq inert. Uni 200 ° C gacha pishirish mumkin.
    • FFKMlar (FFPMlar ) teflonga o'xshash juda past gazli gaz va 300 ° S gacha pishirish haroratiga chidamli, kimyoviy jihatdan esa inert muhrlangan elastomerlar.

Ko'zoynak va keramika

  • Borosilikat shishasi ko'pincha kichik yig'ilishlar va tomosha qilish joylari uchun ishlatiladi. Uni qayta ishlash va yaxshilab birlashtirish mumkin. Ko'zoynak bo'lishi mumkin metallar bilan birlashtirilgan.
  • Chinni va alumina to'liq bo'lsa, keramika vitrifiyalangan va shuning uchun g'ovaksiz, 1500 ° S gacha bo'lgan mukammal izolyatorlardir. Ba'zi bir keramika ishlov berilishi mumkin. Keramika bo'lishi mumkin metallar bilan birlashtirilgan.
  • Macor - bu alyuminiy oksidiga mukammal alternativ bo'lgan ishlov beriladigan keramika, chunki alyuminiy oksidini yoqish jarayoni o'lchamlari va toleranslarini o'zgartirishi mumkin.

Yog 'moylari

Harakatlanuvchi qismlarni moylash vakuum uchun muammo hisoblanadi. Ko'pchilik moylash materiallari gazni qabul qilishning qabul qilinmaydigan stavkalariga ega,[3] boshqalar (masalan, grafit ) soqol xususiyatlarini yo'qotish.

  • Yog 'changyutgichlari bor surtmalar kam gaz bilan.
  • Quruq moylash materiallari, sinterlangan metallarning tarkibiy qismi sifatida plomba moddalari sifatida plastmassaga kiritilishi yoki metall, keramika va plastmassa yuzalarga joylashtirilishi mumkin.
    • Molibden disulfidi vakuumda ishlatiladigan quruq moylash materialidir.
    • Volfram disulfid vakuumda ishlatiladigan yana bir quruq moylash materialidir. Uni MoSdan yuqori haroratlarda ishlatish mumkin2. Volfram disulfid ilgari ancha qimmat bo'lgan, ammo molibden disulfid narxlarining ko'tarilishi ularni taqqoslanadigan darajaga olib keldi.[5] Vakuumda -188 dan +1316 ° C gacha, normal atmosferada -273 dan +650 ° C gacha.[6]
    • Olti burchakli bor nitridi kosmik vositalarda ishlatiladigan grafitga o'xshash quruq moylash materialidir.

Yopishtiruvchi moddalar

  • Torr-Seal yoki uning umumiy ekvivalenti Hysol-1C (AQSh savdo markasi) yoki Loctite 9492 (Evropa Ittifoqi markasi) vakuumli muhitda foydalanish uchun qatron va sertleştirici bilan epoksi hisoblanadi. U yuqori haroratda tanazzulga yuz tuta boshlaydi, aks holda juda oz miqdordagi gaz bilan juda barqaror. Boshqa vakuumli epoksiyalar ham mavjud. Yupqa metall plyonkalarni, katakchalarni yoki stressni boshdan kechirmasligi kutilayotgan boshqa kichik qismlarni o'rnatish yoki birlashtirish uchun yopishtiruvchi sifatida kumush yoki oltin xamirdan foydalanish mumkin. Materiallarni (buyumlarni) kumush xamir bilan mahkamlagandan so'ng, parchani vakuumga kiritishdan oldin uchuvchi moddalarni tozalash uchun havoda> 24 soat davomida (> 200 C gacha) pishirish kerak.

Kosmosda foydalanish uchun materiallar

Yuqoridagi xavotirlardan tashqari, foydalanish uchun materiallar kosmik kemalar ilovalar bilan engish kerak radiatsiya shikastlanishi va yuqori intensivlik ultrabinafsha nurlanish, quyosh nurlanishidan kelib chiqadigan termal yuklar, transport vositasini boshqa yo'nalishlarda radiatsion sovutish va kosmik qurilmalar tizimida ishlab chiqarilgan issiqlik. Yerga yaqin orbitalar uchun yana bir tashvish - bu mavjudlik atom kislorodi, olib boradi korroziya ochiq yuzalar; alyuminiy ayniqsa sezgir materialdir[iqtibos kerak ]. Ko'pincha kumush oksidli qatlam hosil qiladi va u parchalanib ketadi va umuman buzilib ketishi mumkin.

Korozyonga sezgir sirtlarni mos keladigan himoya qilish mumkin qoplama, ko'pincha oltin; a kremniy qatlam ham mumkin. Ammo qoplama qatlami eroziyaga uchraydi mikrometeoroidlar.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b v d Meurant, G. (1980). Vakuum fizikasi va texnologiyasi. Elsevier Science. p. 346. ISBN  9780080859958. Olingan 2015-09-08.
  2. ^ a b v d e f g h G. Li (1989 yil 15-avgust). "TM-1615: Ultra yuqori vakuum uchun materiallar" (PDF). Fermi milliy akselerator laboratoriyasi. Olingan 2015-09-08.
  3. ^ Carré, D. J .; Bertran, P. A. (1999). "Hubble kosmik teleskopining reaksiya g'ildiragi moylash materialini tahlil qilish". Kosmik kemalar va raketalar jurnali. 36 (1): 109–113. Bibcode:1999JSpRo..36..109C. doi:10.2514/2.3422.
  4. ^ "TorrLube.com | Yuqori vakuumli moylashda tengsiz etakchi". torrlube.com. Olingan 2015-09-08.
  5. ^ Ketan (2008 yil 2-dekabr). "Molibden disulfid va volfram disulfid o'rtasidagi taqqoslash" (PDF). Olingan 2015-09-08.
  6. ^ "Amaliy volfram: aerokosmik: volfram disulfid WS2 quruq plyonkali moylash materiallari va limon kislotasi passivatsiyasi". amaliytungstenite.com. Olingan 2015-09-08.