真空阀门的材料选用注意事项

 人们很早就知道某些材料具有很强的吸气能力，如活性炭等。现在已进一步了解到大多数金属和非金属材料或多或少都具有这种能力，这是真空技术，特别是超高真空技术中非常重要的物理现象，可为人们获得、提高或维持系统的真空度提供重要的手段。但是，对于真空阀门设计来说，感兴趣的是这种物理现象的逆过程， 即放气现象，研究这种放气现象对于提高真空阀，特别是超高真空阀的产品质量是极其有益的。

材料的放气是真空阀门总漏量中的一个重要组成部分。气体的来源主要有：吸附于真空阀零件内表面的气体；从金属内部扩散出来的气体以及金属表面因发生某种化学反应而释放出来的气体。

①不锈钢的放气量很小。只及铜的1/10左右， 与铝相比，则仅为它的1/100左右；

②橡胶与树脂的放气量比金属材料都要高出100倍左右，zui高的如硅橡胶则要高出1000倍以上。

放气现象与温度有关，温度越高，放气速率越大。 因此用加热方法除气是一种十分有效的手段，材料经过烘烤后的放气量要大大低于未烘烤时的放气量。

22.4.2蒸气压、蒸发、蒸发（升华）速率

物质通常有三种不同的状态，即气态、液态、固态。它们依据一定条件而相互变化，液态转化成气态的过程称为蒸发；固态转化为气态的过程称为升华。一定温度下，在封闭的真空空间中，液体（或固体）汽化的结果，使空间的蒸气密度逐渐增加，当达到一定蒸气压之后，单位时间内脱离液体（或固体）表面的汽化分子数与从空间返回液体（或固体）表面的再凝结分子数相等，即蒸发（或升华）速率与凝结速率达到动态平衡，可认为汽化停止，这时的蒸气压称为该温度下液体（或固体）的饱和蒸气压。

一般来说，在一定温度下饱和蒸气压高的材料，其蒸发（或升华）速率也大，蒸气压和蒸发（或升华）速率之间有如下关系：，

W=4. 35X10—4 {（M/T）1/2

式中W——蒸发（升华）速率，g/（cm2 • s）；

M摩尔气体质量，g/mol;

T~一热力学温度，K; p——温度为了时材料的饱和蒸气压，Pa。

在真空技术中，材料的蒸气压和蒸发（升华）速率是需要重视的参数。如真空油脂、真空规灼热灯丝的饱和蒸气压，均能成为影响极限真空度的起源。镉和锌具有很高的蒸发速率，因此不宜用作超高真空阀件的镀层材料，如在合金成分中，镉和锌的含量很 高，这种合金也应避免采用。

在真空阀门设计中，材料的冷焊是一个不可回避的问题，它可能出现在密封面上、法兰连接处以及螺纹副上。这种冷焊的机理是，在真空情况下，特别是在超高真空情况下，金属表面会失去吸气层，吸气层的消失会导致金属表面摩擦因数增加，这样就有可能 造成金属接触表面局部或全部焊住。例如，如果把一块铜试样置于超高真空系统中，用几千千克力把它拉断，再用50〜lOOkgf使其断开合在一起，结果裂缝会自行消失，裂缝处的强度仍可达到原来强度的96%左右。其他材料也有与此相似的现象。实验表明，影响冷焊现象的因素很多，但主要因素是温度， 通常存在这样一个温度值，在该值以下，冷焊就不会发生。目前，冷焊现象的研究还只能依靠实验手段。

选用真空阀门时主要应注意的事项如下：

①所应用的真空区域；

②关闭时阀门两边所承受的压力差；

③阀的漏率；

④能承受的烘烤温度；

⑤能承受的环境温度；

⑥以开启/封闭次数计的寿命；

⑦如为超高真空金属阀，还需知道其允许的升温率和降温率。

参考文献

[1]徐成海等.真空低温技术与设备.北京：冶金工业出版社，2007.

[2]王晓冬等.真空技术.北京：冶金工业出版社，2006.

[3]徐成海.真空工程技术.北京：化学工业出版社，2006.

[4]王孝天等.不锈钢阀门的设计与制造.北京： •原子能出版社，1987.

[5]达道安.真空设计手册.北京：国防工业出版社，2004.

[6]B/T 3163—2007.真空技术术语.

[7]JB/T 6446—2004.真空阀门.