§ 11.1.1. Конструкционные вакуумные материалы

Конструкция вакуумных систем во многом определяется свойствами используемых материалов. В дополнение к обычным требованиям— прочности, технологичности, легкости и т. д. — вакуумная техника выдвигает к конструкционным материалам ряд специфических требований: 1) упругость паров материала при рабочей температуре должна быть значительно ниже рабочего давления; 2) газовыделение материала при рабочем давлении и температуре должно быть минимальным; 3) газопроницаемость материала в рабочих условиях должна быть минимальной; 4) вакуумная герметичность при малых толщинах; 5) коррозионная стойкость; 6) отсутствие ползучести вплоть до температур 500-600°С; 7) немагнитность.

В табл. 11.1 приведены упругости паров некоторых конструкционных материалов при двух характерных для вакуумных систем рабочих температурах. Если латунь разогревать в высоком вакууме до температуры 500°С, то входящий в ее состав цинк испаряется и образуется пористый газопроницаемый материал. Наличие в вакуумной системе смазок и масел ограничивает возможности получения низких давлений (см. табл. 2.6).

Газовыделение материалов при рабочем давлении и температуре определяется наличием в объеме материала растворенных газов, а на поверхности — адсорбированных. Для удаления газов, растворенных в металлах, применяют их переплав под вакуумом. Поверхности вакуумных материалов должны быть тщательно очищены от загрязнений, являющихся дополнительным источником газовыделения.

Для улучшения условий очистки внутренние поверхности элементов вакуумных систем желательно обрабатывать до средней высоты микронеровностей 5... 10 мкм для высоковакуумных и 0,5... 1 мкм для сверхвысоковакуумных систем. Газовыделение конструкционных вакуумных материалов (табл. 11.2) зависит от способа предварительной обработки. Эффективным способом уменьшения газовыделения является высокотемпературное вакуумное обезгаживание, уменьшающее концентрацию газов, растворенных в объеме материала. Уменьшения газовыделения водорода из нержавеющей стали можно добиться созданием оксидных пленок или нанесением покрытия из алюминия, серебра, меди и т. д. Наличие поверхностной пленки затрудняет переход растворенных атомов из кристаллической решетки на поверхность, что при неизменной концентрации растворенных газов значительно снижает газовыделение.