МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ

  Главная       Учебники - Техника      Откачник-вакуумщик (Ф. Г. Закиров, Е А. Николаев)  

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  ..

 

 

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ

Требования к металлам и сплавам

Металлы и сплавы, применяемые для изготовления элементов вакуумных систем, помимо общих требовании к конструкционным материалам, должны удовлетворять

дополнительным требованиям, а именно иметь: минимальное газосодержание и высокую скорость обезгаживания; высокую вакуумную прочность; минимальную пористость и газопроницаемость; высокую коррозионную стойкость, отсутствие взаимодействия с органическими маслами и растворителями, минимальную упругость пара при рабочей температуре; стабильность кристаллическом структуры при длительном нагревании в интервале рабочих температур.

 

 

 

 

Газосодержание и скорость обезгаживания. Величина и длительность газоотделения того или иного металла в вакууме зависит от количества содержащихся в нем газов, т. е. от его газосодержания. Газосодержание металла определяется процессами физической адсорбции газов на поверхности, растворения их в объеме и образования химических соединений как на поверхности, так и в объеме металла. Количество адсорбированных металлом газов зависит от состояния поверхности (способа обработки, наличия окисных пленок и загрязнений) и условий хранения, а количество растворенных и химически связанных газов — от рода металла и способа его получения. Отсюда вытекают и основные способы снижения газосодержания металлов:

1. Улучшение качества механической обработки и очистки поверхности деталей с последующим хранением чистых деталей в сухой защитной атмосфере.

2 Применение металлов вакуумной плавки; металлы, прошедшие многократную вакуумную переплавку, содержат небольшое количество газов.

Следует, однако, отметить, что переработка слитков вакуумной плавки обычными методами не всегда сопровождается снижением газосодержания конкретных изделии из-за загрязнения или окисления поверхности металла и поглощения им газов из окружающей среды при нагреве.

3. Предварительное термическое обезгаживание в вакууме, водороде или в среде инертного газа при максимально допустимой для данного металла температуре. Механизм термического обезгаживания металлов заключается в стремлении поглощенных металлом газов к равновесию с внешней средой. При уменьшении давления над металлом равновесие смещается в сторону выделения газов, металл обезгаживается) и, наоборот, при повышении давления над металлом равновесие смещается

в сторону поглощения газов. Повышение температуры металла действует на это равновесие по-разному, так как одна группа металлов увеличивает растворимость газов с ростом температуры, а другая — уменьшает ее. Величина максимальной температуры предварительного обезгаживания металлов устанавливается с учетом требований к сохранению формоустойчивости детали, структуре металла и обеспечению малой скорости и его испарения.

4. Термическое обезгаживание в процессе эксплуатации .вакуумной системы.

Металлы и сплавы выделяют при обезгаживании Нг, СО, N2, С02, О2, СН4 и Н20, причем из них только Н2, N2 и О2 выделяются из объема металла, а остальные либо десорбируются с поверхности, либо образуются на ней в результате взаимодействия растворенных газов (Н2, О2) и примесей (С и т. п.).


Скорость обезгаживаиия металлов возрастает с увеличением температуры, что объясняется повышением скорости выделения растворенных в металле газов и примесей. В общем случае скорость обезгаживания зависит от газосодержания металла и коэффициента диффузии газов и примесей из объема детали на поверхности при заданной температуре нагрева.

Требования к металлам по газосодержанию и скорости обезгаживаиия устанавливаются обычно в соответствии с областью рабочих давлений элементов вакуумной системы. К металлам для элементов низковакуумных систем не предъявляется высоких требований по газосодержанию и газоотделению. Элементы этих систем, как правило, не обезгаживаются в процессе эксплуатации вакуумной установки. Наоборот, металлы для высоковакуумных и особенно сверхвысоковакуумных систем должны удовлетворять высоким требованиям по газосодержанию и газоотделению. Для этих систем выбирают металлы с минимальным газосодержанием и большой скоростью обезгаживания.

Вакуумная прочность. В связи с возросшими требованиями к надежности вакуумных систем откачного оборудования особое значение приобретает вакуумная прочность электровакуумных материалов. Необходимость данного требования вытекает из того, что металлические детали конкретных вакуумных систем (в том числе и электровакуумных приборов), находящиеся под постоянной нагрузкой (вызванной, например, разностью КТР сочленяемых деталей), теряют свою герметичность задолго до прочностного разрушения. Нагрев деталей значительно усугубляет этот процесс. В зависимости от рода материала, условий работы и конструктивных особенностей деталей потеря их герметичности может наступить от 2 до 20 раз быстрее прочностного разрушения.

 

 

 

Газопроницаемость металлов. Под газопроницаемостью понимают процесс диффузионного проникновения газов из внешней среды в вакуумный объем через оболочку металлической детали. Газопроницаемость—(результат последовательного действия следующих процессов: 1) адсорбции газов из окружающей среды на поверхности металла; 2) диссоциации (разложения) молекул газа на атомы на поверхности металла; 3) растворения атомов газа в металле; 4) диффузии атомов газа через толщу металла к поверхности, обращенной в вакуумный объем; 5) рекомбинации атомов газа на внутренней поверхности металла и десорбции молекул газа в вакуумный объем.

Величина газопроницаемости зависит от рода газа, материала и размеров детали, температуры металла и давления газа. Наибольшей проницаемостью через металлы обладает водород, далее по степени уменьшения проницаемости идут азот и кислород.

 

 

 

 

содержание   ..  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  ..