2.2.2. Из чего делать «стенки» для вакуума?

Из чего делают «стенки» для вакуума? В вакуумной тех­нике в основном применяют металлы, керамику, стекло, реже пластмассы. Еще реже — слюду и некоторые лаки. Ва­куумные требования к материалам просты и понятны: они не должны портить вакуум, т. е. должны слабо испаряться сами и содержать мало выделяющихся в вакуум примесей. Основные «неприятные» примеси — это находящиеся в твердых материалах газы. Правда, легко испаряться могут не только газы, но и сами металлы. Например, быстро испаряются цинк и кадмий. При температуре всего лишь 200 °С цинк испа­ряется со скоростью 1 мкм/ч, а кадмий — 30 мкм/ч. При нагреве до 300 С скорости испарения цинка и кадмия увели­чиваются в 300 раз. Поэтому латунь, кадмированное или оцин­кованное железо применять для деталей, работающих в ва­кууме, нельзя. При относительно слабом нагреве на всех соседних поверхностях образуется серый налет цинка или кадмия. Однако летучие металлические примеси — явление редкое, и его можно избежать, всего лишь навсего используя металл, не содержа­щий этих примесей. А вот от газовых примесей избавиться много труднее. Они попадают в металл и из исходной руды, и на некоторых стадиях изготовления.

Чем определяется концентрация газа, растворенного в ме­талле? На этот вопрос существуют два ответа — термодинами­ческий и микроскопический. Первый краток, второй интересен. Ситуация похожа на ту, которая имеется в механике — законы сохранения дают простое решение задачи, но узнать, как именно протекает процесс, можно только с помощью законов динамики.

Термодинамический ответ: газы растворяются в металле, потому что это энергетически выгодно.

Микроскопический ответ: вокруг металла имеются моле­кулы газа и существует, следовательно, поток этих молекул, попадающий на поверхность металла. Молекула, оказавшаяся на поверхности металла, с некоторой вероятностью попадает внутрь металла. Поток в металл зависит от концентрации газа над поверхностью металла, от температуры газа (растет с увеличением температуры) и от химических свойств газа и металла, участвующих в процессе.

Если в металле есть примесь газа, то будет существовать и поток газа из металла наружу, зависящий от температуры металла, от того, какой металл и какой газ, и от концентра­ции газа в металле. При некоторой концентрации газа в металле потоки из металла и в металл станут равными.