真空材料與工藝

主講人：張以忱東北大學(xué)真空與流體工程研究中心真空材料與工藝1真空工程材料1.1真空材料的種類真空系統(tǒng)中所用的材料大致可分為兩類：1)結(jié)構(gòu)材料：是構(gòu)成真空系統(tǒng)主體的材料，它將真空系統(tǒng)與大氣隔開，承受著大氣壓力。這類材料主要是各種金屬和非金屬材料，包括可拆卸連接處的密封墊圈材料。2)輔助材料：系統(tǒng)中某些零件連接處或系統(tǒng)漏氣處的輔助密封用的真空封脂、真空封蠟、裝配時用的粘接劑、焊劑、真空泵及系統(tǒng)中用的真空油、吸氣劑、工作氣體及系統(tǒng)中所用的加熱元件材料等。1．2真空材料的性能與選材基本原則

1.2.1材料的真空性能1.2.1.1材料的滲透性由于在真空容器器壁兩側(cè)的氣體總是存在壓力差，氣體從密度大的一側(cè)向密度小的一側(cè)滲入、擴散、通過和逸出固體阻擋層的過程稱為滲透。該情況下的穩(wěn)態(tài)流率稱為滲透率。

從微觀的角度來看，滲透過程是按以下步驟進行的（見圖1）圖1氣體滲透過程示意圖

氣體滲透過程：1).首先，氣體原子或分子碰撞到真空器壁的外表面并吸附在器壁的外表面；2).吸附時有的氣體分子能離解成原子態(tài)；3).氣體（分子或原子）在入射一側(cè)的壁面表層達到與環(huán)境氣壓相對應(yīng)的平衡溶解度；4).由于表層濃度比較高，在濃度梯度的作用下氣體向壁面的另一側(cè)擴散，直到濃度均勻為止。擴散的氣體分子（原子），有的能與固體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化合物；有的只形成不穩(wěn)定的“假化合物”；有的則構(gòu)成溶質(zhì)；5).溶質(zhì)氣體擴散到器壁的另一面重新結(jié)合成分子態(tài)(如果存在步驟2時)后釋放；或氣體擴散到器壁的另一面后解吸和釋出。在滲透過程中，擴散這一環(huán)節(jié)是最慢最關(guān)鍵的一步，它與滲透氣體及壁面材料的種類和性質(zhì)有密切關(guān)系。一般說來，非金屬材料沒有步驟（2），在非金屬材料（塑料、橡膠、玻璃、陶瓷等）表面上，氣體分子不離解；而金屬材料能溶解的氣體多數(shù)是雙原子氣體（如H2、O2、N2等），具有步驟（2）。但是在正常熱條件下，幾乎所有的惰性氣體都不能溶解在金屬材料的晶格中（離子注入條件下除外），因而也就不能滲透通過金屬材料。在真空工程中所用的金屬、玻璃、橡膠及塑料等，對氣體來說或多或少都可以滲透。其滲透量隨不同的氣體和材料而異，而且差異較大。

對金屬：有些金屬（如：不銹鋼、銅、鋁、鉬等）的氣體滲透系數(shù)就很小，在大多數(shù)實際應(yīng)用中可以忽略不計。但對某些金屬（如：鐵、鎳等），氫氣對它們就具有較高的滲透率。氫氣對鋼的滲透率隨含碳量的增加而增加，所以選擇低碳鋼做真空室材料為好；另外有些金屬對氣體的滲透具有選擇性，如氫氣就極容易滲透過鈀，氧氣易透過銀等?？梢岳眠@個性質(zhì)對氣體進行提純和真空檢漏。氣體對玻璃、陶瓷等的滲透：一般是以分子態(tài)的形式進行的。滲透過程和氣體分子的體積及材料內(nèi)部微孔大小有關(guān)。含純二氧化硅的石英玻璃的微孔孔徑約為4埃，其它玻璃因堿金屬離子（鉀、納、鋇等）填充于微孔之中，使其有效孔徑變小，所以各種氣體對石英玻璃的滲透性大，而對其它玻璃的滲透性就小。而氦分子的直徑在各種氣體分子中最小，所以氦對石英玻璃的滲透在氣體－固體配偶中是最大的。

1.2.1.2材料的出氣任何固體材料在制造過程中，及在大氣環(huán)境下存放都能溶解、吸附一些氣體。當(dāng)材料置于真空中時，原有的動態(tài)平衡被破壞，材料就會因解溶、解吸而出氣。對一般真空設(shè)備來說，材料的出氣是真空系統(tǒng)中最主要的氣源。常用的出氣速率單位有：Pa.L/s.cm2。材料出氣總量:出氣速率通常與材料中的氣體含量和溫度成正比。所以有時（如電真空器件）也用高溫下材料的出氣總量作為選材依據(jù)。出氣總量的單位：考慮體積含量為主時可用Pa.L/g；考慮表面含量為主時則用Pa.L/cm2。

對真空系統(tǒng)設(shè)計來說，僅有材料的出氣速率的數(shù)據(jù)還是不夠的，因為有許多真空泵的抽氣能力是有選擇性的，所以進一步知道材料出氣中的各種氣體成分的比例，就能有針對性的選配合適的真空泵，得到更合理的設(shè)計。1.2.1.3材料的的蒸發(fā)發(fā)、升升華、、蒸氣氣壓物質(zhì)的的狀態(tài)態(tài)依據(jù)據(jù)一定定的條條件而而相互互轉(zhuǎn)化化。液液態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成成氣態(tài)態(tài)的過過程稱稱為蒸蒸發(fā)，，固態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)化化成氣氣態(tài)的的過程程稱為為升華華。在一定定的溫溫度下下，在在封閉閉的真真空空空間中中，由由于液液體（（或固固體））氣化化的結(jié)結(jié)果，，使空空間的的蒸氣氣密度度逐漸漸增加加，當(dāng)當(dāng)達到到一定定的蒸蒸氣壓壓力之之后，，單位位時間間內(nèi)脫脫離液液體（（或固固體））表面面的分分子數(shù)數(shù)與從從空間間返回回液體體（或或固體體）表表面的的再凝凝結(jié)分分子數(shù)數(shù)相等等，即即蒸發(fā)發(fā)（或或升華華）速速率與與凝結(jié)結(jié)速率率達到到動態(tài)態(tài)平衡衡，這這時可可認為為氣化化停止止，此此時的的蒸氣氣壓力力稱為為該溫溫度下下，該該液體體（或或固體體）的的飽和和蒸氣氣壓。。材料的的蒸氣壓壓力與放氣壓壓力區(qū)分：：材料的的放氣氣壓力力與材材料對對氣體體的解解吸、、放氣氣或滲滲透有有關(guān)。。雖然然有時時放氣氣或熱熱解吸吸造成成的氣氣體壓壓力比比材料料固有有的蒸蒸氣壓壓力要要高的的多，，但是是通過過在真真空下下烘烤烤能夠夠降低低它們們對氣氣體壓壓力的的影響響，但但是材材料的的蒸氣氣壓力力卻是是材料料本身身所固固有的的、不不變的的。1.2.2材料的的其它它性能能1)機械強強度:系統(tǒng)的的器壁壁承受受大氣氣的壓壓力。。2）熱學(xué)學(xué)性能能:系統(tǒng)承承受溫溫度的的變化化，材材料的的抗熱熱沖擊擊的特特性。。3）電磁磁性能能：系統(tǒng)中中的部部件具具備能能完成成某項項功能能或工工序所所要求求的電電磁性性能，，同時時這些些性能能又不不能與與真空空系統(tǒng)統(tǒng)的要要求相相矛盾盾。4）其它性性能：光學(xué)性性能（（例觀觀察窗窗）、、硬度度、抗抗腐蝕蝕性、、熱導(dǎo)導(dǎo)率和和熱膨膨脹等等性能能。1.2.3真空材材料的的選材材原則則1.2.3.1對真空空殼體體及內(nèi)內(nèi)部零零件材材料的的要求求1足夠的機械械強度和剛剛度來保證證殼體的承承壓能力；；2氣密性好。。要保持一一個完好的的真空環(huán)境境，器壁材材料不應(yīng)存存在多孔結(jié)結(jié)構(gòu)、裂紋紋或形成滲滲漏的其它它缺陷。有有較低的滲滲透速率和和出氣速率率；3在工作和烘烘烤溫度下下的飽和蒸蒸氣壓要足足夠低。4化學(xué)穩(wěn)定性性好。。5熱穩(wěn)定性好好。在工作作溫度范圍圍內(nèi)，保持持良好的真真空性能和和機械性能能。6有較好機械械加工性能能及焊接性性能。1.2.3.2對密封材料料的要求1有有足夠低的的飽和蒸氣氣壓。2化化學(xué)及熱穩(wěn)穩(wěn)定性好。。在密封封部位，不不因合理的的溫升而發(fā)發(fā)生軟化，，發(fā)生化學(xué)學(xué)反應(yīng)或揮揮發(fā)，甚至至被大氣沖沖破。33有一定的機機械及物理理性能。4某某些密封材材料應(yīng)能溶溶于某些溶溶劑中，以以便更換時時易于清洗洗掉。1.3金屬材料在真空系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計與制制造中常用用的金屬及及其合金材材料主要有有：低碳鋼鋼、不銹鋼鋼、銅、鋁鋁、鎳、金金、銀、鎢鎢、鉬、鉭鉭、鈮、鈦鈦、銦、鎵鎵、可伐合合金、鎳鉻鉻（鐵）合合金、磁性性合金、銅銅合金、鑄鑄鐵、鑄銅銅、鑄鋁等等。1.3.1鑄件件鑄件大多用用于制造各各種機械真真空泵泵體體。要求鑄鑄件具有較較高的致密密性。當(dāng)工作溫度度較高時，，不應(yīng)選用用含有磷、、鋅、鎘等等元素的銅銅合金鑄件件。1.3.2鋼及不銹鋼鋼1.3.2.1鋼鋼碳鋼一般應(yīng)應(yīng)用在低真真空工作范范圍表面處理：：鍍層涂覆或或裸露拋光光問題：表面面放氣、大大氣滲透設(shè)計熱態(tài)工作真空系系統(tǒng)時必須須注意：氣體滲透中低真空系系統(tǒng)：軸類、桿件件、螺紋類類零件以及及重負荷的的傳動機件件等：真空容器殼殼體、閥、、管道、蒸蒸氣流泵的的泵體：45＃鋼導(dǎo)磁性的結(jié)結(jié)構(gòu)：例例磁控濺射射靶的磁極極靴10#、15＃、20＃鋼及及普通碳素素結(jié)構(gòu)鋼（（例Q235A）1.3.2.2不不銹鋼鋼奧氏體型不不銹鋼：馬氏體型不不銹鋼：1.3×10-4Pa以上系系統(tǒng)：奧體體無磁不銹銹鋼工作范圍：：－270℃～～900℃耐高溫、抗抗腐蝕或需需要熱處理理（淬火、、調(diào)質(zhì)）的的軸、閥蓋蓋、封口等等：馬體不銹鋼鋼1.3.2.3不不銹復(fù)復(fù)合鋼板不銹復(fù)合鋼鋼板是以碳碳鋼為基體體，以不銹銹鋼為復(fù)層層經(jīng)熱迭軋軋制而成真空設(shè)備常常用：1Cr18Ni9Ti＋Q235A0Cr18Ni9Ti＋Q235A不適用：內(nèi)徑小于于600mm的真空裝置置1.3.3.1鎳鎳用途：陰極極、柵極、、陽極、吸吸氣劑和熱熱屏蔽罩及機械構(gòu)件件中的基體體材料鎳對大氣，，水、鹽水水、堿以及及大多數(shù)的的有機酸都都具有抗腐腐蝕性。鎳導(dǎo)磁性好好，磁化強強度大，在在需要避免免磁效應(yīng)的的場合禁止止使用鎳對氫具有有很高的可可滲透率和和溶解度：1.3.3有色色金屬在高真空及及超高真空空中最常用用的是無氧銅用途：噴嘴嘴、障板、冷冷阱、密封封、電極等等無氧銅有良良好的真空空氣密性，，對氣體的的溶解度低低，在室溫溫下不滲透透氫和氦，，而且對氧氧氣和水蒸蒸氣的敏感感性差、塑塑性好。Cu不易使使用溫度過過高，在200℃以以上時Cu的抗拉強強度陡降；；當(dāng)溫度超超過500℃時，Cu的蒸氣氣壓比Ni的蒸氣壓壓大約高一一個數(shù)量級級。無氧銅銅會被氧腐腐蝕，并在在200℃℃以上時產(chǎn)產(chǎn)生銹斑。。它也會被被含氧的酸酸腐蝕。1.3.3.2銅1.3.3.3鋁鋁特性：1).密度度?。?).導(dǎo)電、、導(dǎo)熱性好好；3).在大氣、、水及部分分腐蝕性介介質(zhì)中耐蝕蝕性好（因因其表面形形成的氧化化鋁膜）；；4).延延展性良好好；5).強度低；；6）非磁磁性純鋁鋁熔熔點點660℃，，在在1100℃以以上上時時會會很很快快地地蒸蒸發(fā)發(fā)。。鋁鋁和和耐耐熔熔的的加加熱熱材材料料之之間間易易于于相相浸浸潤潤。。真空空室室內(nèi)內(nèi)的的輕輕型型支支架架、放電電電電極極、擴散散泵泵的的噴噴嘴嘴、導(dǎo)流流管管、擋擋油油障障板板、分子子泵泵中中的的葉葉片片、、密密封封墊墊片片材材料料及及耐耐腐腐蝕蝕及及裝裝飾飾鍍鍍層層材材料料等等鋁的的機機械械強強度度在在200℃℃左左右右時時迅迅速速下下降降，，鋁鋁的的蒸蒸氣氣壓壓相相對對較較高高，，因因此此只只能能用用在在300℃℃以以下下的的烘烘烤烤真真空空系系統(tǒng)統(tǒng)中中。。鋁難難于于進進行行普普通通熔熔焊焊和和釬釬焊焊，，一一般般焊焊接接鋁鋁：：真真空空釬釬焊焊。。用途途：：設(shè)計計應(yīng)應(yīng)用用注注意意問問題題：1.3.3.4鈦鈦可可以以加加工工成成形形，，沒沒有有磁磁性性，，是是理理想想的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)材材料料，，適適合合用用做做鍍鍍膜膜設(shè)設(shè)備備中中的的磁磁控控濺濺射射靶靶、、濺濺射射離離子子泵泵的的陰陰極極等等。。鈦對對活活性性氣氣體體（（如如O2、N2、CO、CO2以及及650℃以以上上的的水水蒸蒸氣氣））的的吸吸附附性性很很強強?。。。?！應(yīng)避避免免在在H2氣氛氛中中加加熱熱Ti，因因為為這這樣樣能能迅迅速速形形成成TiH1.3.3.5鋯鋯純鋯鋯是是一一種種特特別別活活潑潑的的金金屬屬，，它它特特別別對對氫氫氣氣及及氫氫的的同同位位素素氘氘、、氚氚等等有有較較強強的的吸吸附附能能力力。。Zr的的中中子子截截面面很很小?。?；Zr的的二二次次電電子子發(fā)發(fā)射射產(chǎn)產(chǎn)額額低低，，可以以用用來來作作吸吸氣氣劑劑（（如如鋯鋯鋁鋁吸吸氣氣泵泵））；；可可用用作作中中子子窗窗；；鍍鍍在在不不希希望望發(fā)發(fā)射射二二次次電電子子的的基基體體材材料料上上。。特點點：：用途途：：鉑（Pt）、銥（Ir））1.3.4貴重重金金屬屬鉑是是延延展展性性最最好好的的金金屬屬之之一一，，容容易易加加工工。。鉑、、銥銥在在高高溫溫時時不不與與氧氧反反應(yīng)應(yīng)抗氧氧化化陰陰極極熱熱絲絲可可采采用用在在銥銥或或鉑鉑銥銥合合金金的的基基材材上上涂涂覆覆一一層層高高發(fā)發(fā)射射能能力力的的材材料料。。可采用純銥絲絲（純度99.9％以上上）作基材，，氧化釔（Y2O3）作為涂覆的的發(fā)射材料。。但這種氧化化釔陰極不宜宜在有大量油油蒸汽的環(huán)境境下工作，受受沾污后，使使發(fā)射性能下下降。1.3.4.2鈀(Pd)鈀是一種價格格相對便宜的的貴重金屬，，其硬度和強強度類似于鉑鉑。鈀在空氣中加加熱會被氧化化；鈀對H2表現(xiàn)出很高的的溶解度（約約體積的1000倍）。鈀對H2的滲透率特別別高（尤其在在～400℃時）H2過濾器和檢檢漏儀中（（H－Pd法檢漏）1.3.4.3金（Au）金是一種延展展性和可鍛性性都特別好的的金屬，是極極好的導(dǎo)電體體。對氣體（（尤其是氧氣氣）的化學(xué)吸吸附性或溶解解度很弱。1.3.4.4銀（Ag）與金不不同的的是，，銀對對O2的溶解解度很很高，，氧在在加熱熱的銀銀中擴擴散的的快，，與純純凈的的氫氣氣通過過鈀的的方式式一樣樣。1.3.5軟金屬屬1.3.5.1銦（In）銦是一一種特特別軟軟、低低熔點點（156℃））的金金屬，，它的的蒸氣氣壓很很低。1.3.5.2鎵（Ga）鎵的熔熔點很很低，，在30℃時熔熔化，，但是是鎵的的蒸氣氣壓相相當(dāng)?shù)偷停蛞虼丝煽捎米鲎鲆后w體密封封材料料。1.3.6難熔金金屬1.3.6.1鎢(W)鎢腐蝕蝕：熱熱的王王水和和1:1的HF與與HNO3的混合合液鎢在常常用的的難熔熔材料料中熔熔點(3400C)最最高，而相應(yīng)應(yīng)的蒸蒸氣壓壓最低低。鎢鎢是一一種很很硬、、比較較脆，，化學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)很穩(wěn)穩(wěn)定的的元素素，鎢鎢沒有有磁性性。1.3.6.2鉬（Mo）鉬是一一種硬硬度高高、無無磁性性、化化學(xué)性性質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定的的難熔熔(2610)金屬屬。它它只在在高溫溫時表表現(xiàn)出出氧化化性，，鉬腐蝕蝕：熱熱的稀稀HCl溶液1:1的HF與HNO3混合液液的1.3.6.3鉭（Ta）鉭是一一種重重量輕輕、強強度高高的難難熔金金屬。。它的的熔點點很高高（2900℃）、、蒸氣氣壓很很低、、對所所有的的活潑潑氣體體（包包括氫氫在內(nèi)內(nèi)）都都具有有較明明顯的的吸氣氣性能能。鎢、鉬鉬材料料制成成的蒸蒸發(fā)源源蒸發(fā)源源材料料的熔熔點和和相應(yīng)應(yīng)的飽飽和蒸蒸汽壓壓的溫溫度1.3.6.4錸（Re）錸的熔熔點(3176C)很很高（（僅次次于鎢鎢），，在高高溫時時，蒸蒸氣壓壓低。。錸在在退火火后的的強度度和延延展性性都很很好，，但是是錸的的表面面硬度度極高高，使使某些些機械械加工工比較較困難難。錸不受受HF或HCl的腐蝕蝕，抗抗氧化化能力力和抗抗碳化化能力力比鎢鎢好。。1.3.7汞（Hg）汞是一一種重重金屬屬，在在室溫溫下呈呈液態(tài)態(tài)。汞汞的導(dǎo)導(dǎo)電性性能很很好，，膨脹脹系數(shù)數(shù)變化化很小小，表表面張張力大大，但但蒸氣氣壓比比較高高。汞汞在空空氣中中的蒸蒸發(fā)速速率很很高（（室溫溫下為為10-4g.cm-2.s-1），能能輕微微地氧氧化。?？捎米髯鞫喾N種開關(guān)關(guān)、溫溫度計計、壓壓力計計（如如麥氏氏計））和液液態(tài)密密封材材料。。！?。?！汞蒸氣氣有毒，因此汞汞應(yīng)在在密閉閉的環(huán)環(huán)境中中使用用。用途：：1.3.8可可伐伐合金金可伐(Kovar)是一種種鐵鎳鎳鈷合合金，，它是是在玻玻璃－－金屬屬密封封封接接中最最常用用的合合金。。它的的膨脹脹系數(shù)數(shù)與幾幾種硬硬質(zhì)玻玻璃、、陶瓷瓷相匹匹配。?？煞サ目垢g性不如如不銹鋼1.3.9鉻鉻的熔點是是1900℃(1Pa時，蒸發(fā)溫溫度為1397℃℃)。鉻的附附著力強，，可以作為為附著力較較差的鍍膜膜材料的““附著劑””，即做為為基體和膜膜層界面的的過渡金屬屬。1.4非金屬材料料真空系統(tǒng)中中常用的非非金屬材料料:密封材材料和絕緣緣材料1.4.1玻璃玻璃是由多多種無機氧氧化物熔煉煉而成的，，其主要成成份是二氧氧化硅（SiO2）。玻璃只有軟軟化點而無無確切的熔熔點和凝固固點，其粘粘度或剛性性隨溫度的的升高而逐逐漸下降。。玻璃很硬硬、剛性和和脆性很大大，且大多多數(shù)是透明明的，化學(xué)學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定定，對大多多數(shù)氣體來來說，玻璃璃的滲透率率非常低。。1.4.1.1真空技術(shù)中中用玻璃的的優(yōu)缺點1.4.1.2玻璃的分類類軟玻璃：熱熱膨脹系系數(shù)在70×10－7mm.mm-1℃-1；硬玻璃：：熱膨脹脹系數(shù)在(5～65)×10－7mm.mm－1℃－1之間。不同氧化物物與二氧化化硅的熔合合，可以制制成不同特特性的玻璃璃，分類如如下：（1）鉛玻璃：含有35～65％的SiO2和Al2O3、氧化鉛（～15％）和堿性氧化化物。鉛玻璃極易易加工、電電阻率很高高。常用制制作照明燈燈具（燈泡泡和燈管））等。重鉛鉛玻璃通常常較軟，一一般用來屏屏蔽輻射。。（2）鈉鈣玻璃璃：含有65～75％SiO2和Al2O3、～15％Na2O、～10％CaO（石灰）及及其它氧化化物大多數(shù)的鈉鈉鈣玻璃和和鉛玻璃同同屬于軟玻玻璃（3）硼硅玻璃璃：75～95％的SiO2和礬土，其其余成分主主要是氧化化硼。硼硅玻璃的的熱膨脹系系數(shù)低而電電阻高，抗抗熱沖擊性性好并且化化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定。用用途途：太陽能能集熱管等等（4）石英玻璃璃：所含的SiO2≥96%石英玻璃的的熱膨脹系系數(shù)非常低低，能承受受很大的熱熱沖擊?？煽稍?00℃高溫下持持續(xù)使用，，只有在1200～1500℃時才變軟軟。石英玻玻璃的硬度度比硼硅玻玻璃高，加加工更困難難。0.4nm.各種氣體對對石英玻璃璃的滲透性性大，氦對對石英玻璃璃的滲透在在氣體－固固體配偶中中是最大的的。1.4.1.4玻璃的粘度度、熱膨脹系系數(shù)與熱導(dǎo)導(dǎo)率1.4.1.5電阻率與電電擊穿強度度1.4.1.3玻璃的機械械性能。。1）電阻率2）電擊穿強度度:體電阻率值值很高（可可達1019Ω.cm）產(chǎn)生電擊穿穿所需的電電場強度1.4.1.6玻璃的抗化化學(xué)腐蝕性性能1.4.1.7玻璃的滲透透率與放氣氣室溫下玻璃璃的蒸氣壓壓極低。除除了H2和He之外外，實際上上玻璃對其其余所有的的氣體都不不滲透。在制備玻璃璃過程中，，氣體被捕捕獲于玻璃璃內(nèi)部成為為合成產(chǎn)物物，而且還還被吸附在在表面上。。鈉鈣玻璃最最大放氣量量在140℃，鉛玻璃璃在175℃，硼硅玻玻璃在300℃。1.4.2陶瓷1.4.2.1陶瓷的性質(zhì)質(zhì)1.4.2.2真空中常用用的陶瓷硬而脆、強強度高、熱熱穩(wěn)定性好好，能承受受高溫（軟軟化溫度約約為1900℃）和高場場強。1）硅酸鹽陶瓷瓷硬瓷、鎂-鋁硅酸鹽、、無堿鋁陶陶瓷、鋯石石陶瓷2）氧化物陶瓷瓷氧化鋁（藍寶石），Al2O3MgO陶瓷3）可機械加工工的陶瓷Macor、Lavas、、氮化硼（BN）1.4.3塑料1.4.3.1氟塑料（聚聚四氟乙烯烯）良好的電絕絕緣性能化學(xué)性質(zhì)十十分穩(wěn)定進行切削加加工改性聚四氟氟乙烯：燒結(jié)成形時時加入不同同的添料用途：密封墊片、、永久或移移動的引入入裝置的密密封、絕緣緣元件和低低摩擦的運運動元件等等應(yīng)用溫度度范圍為為－80℃～200℃，最高工作作溫度可可達到250℃。1.4.3.2聚乙烯和和聚丙烯烯1.4.3.3尼龍1.4.3.5有機機玻璃低于100℃以下使使用蒸氣壓可可達到5×10-5Pa。1.4.4碳(石墨)及碳纖維維制品1.4.4.2碳（石墨墨）纖維維1.4.5橡膠天然乳膠膠制成的的硫化橡橡膠、合合成橡膠膠1.4.5.1軟（硫化化）橡膠膠在天然橡橡膠中加加入填料料和添加加劑使之之硬化和和硫化而而成表面呈多多孔狀，，放氣量量大（H2、碳氫化化合物以以及易揮揮發(fā)氣體體）。室室溫下的的蒸氣壓壓高（≈≈10-2Pa），對大大多數(shù)的的氣體（（特別是是H2和CO2）的滲透透率高。。只限用于于工作在在室溫或或接近室室溫的連連續(xù)抽空空的粗、、低真空空系統(tǒng)。。常用做做墊片和和膠管。。1.4.5.2合成橡膠膠分為普通通、耐油油、耐熱熱幾種。。放氣率率和透氣氣率顯著著低于普普通軟橡橡膠。1).丁基、氯氯丁、丁丁晴橡膠膠：低、、高真空空中廣泛泛采用工作溫度度范圍：：－20～80℃，在90～100℃時出現(xiàn)現(xiàn)永久變變形，在在低于－－20℃時彈性性減弱。。氯丁橡膠膠：在真空中中易揮發(fā)發(fā)，適用用于低真真空丁基橡膠膠：用于1.3××10-5Pa的真空中中，當(dāng)真真空度高高于1.3××10-6Pa時，出現(xiàn)現(xiàn)升華，，其重量量損失可可達30％丁晴橡膠膠：耐油性及及其它各各項性能能均較完完善，在在真空中中的放氣氣量和透透氣性比比丁基橡橡膠大，，適用于于1.3××10-4Pa以下的真真空密封封2).氟氟橡膠：：是一種種耐熱耐耐油性好好、放氣氣量小、、透氣性性低的真真空材料料。適用用于高真真空和超超高真空空中。工作溫度度：－10～200℃，可以以短時間間在270℃下工作作。在高溫、、高真空空下具有有較小的的出氣率率和極小小的升華華失重值值，因而而它的真真空性能能極好。。在1.3×10-7Pa壓力力下因升升華只減減少重量量的2%左右，，并不影影響密封封。所以以氟橡膠膠可用于于1.3×10-7～1.3×10-8Pa的超超高真空空密封。。由于氟橡橡膠是長長鏈聚合合物（分分子量達達60,000），所所以它對對過氧化化氫、氧氧、臭氧氧、許多多溶劑油油及潤滑滑劑都不不起反應(yīng)應(yīng)。1.4.5.3真空密封封橡膠的的選擇正確的密密封結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計＋＋合合理選擇擇密封材材料影響真空空密封性性能的主主要因素素：耐熱性、、壓縮變變形性、、漏氣率率、氣透透性、出出氣率及及升華失失重1)耐熱性：保證真空空系統(tǒng)烘烘烤除氣氣的順利利進行一般烘烤烤溫度在在120℃以下和和10-5Pa的真空度度下，采采用丁基基或丁晴晴橡膠；；如果要要求更高高的烘烤烤溫度，，并且要要求在超超高真空空環(huán)境中中工作的的，則需需采用氟氟橡膠。。2)耐壓縮變變形性保證密封封的可靠靠性和密密封壽命命，真空空密封橡橡膠應(yīng)具具有較小小的壓縮縮變形值值（小于于35％）3)漏氣率d0－試樣原原高度；；ds－試樣壓壓縮后的的高度；；d1－壓縮后后在相同同溫度下下保持一一定時間間，然后后經(jīng)30min卸載并冷冷卻到25℃時的試試樣高度度。4)氣透性：由于材料料的內(nèi)部部結(jié)構(gòu)所所決定，不同橡膠膠在不同同溫度下下對空氣氣的氣透透性不同同不同的氣氣體在不不同橡膠膠中的氣氣透性也也不一樣樣在同一氣氣體中，，氣透性性大小的的順序為為：天然然橡膠＞＞丁苯膠膠＞丁晴晴膠＞氯氯丁膠＞＞丁基膠膠5)出氣率：在一定溫溫度下，，單位時時間內(nèi)橡橡膠單位位面積上上的出氣氣量真空密封封中一般般要求在在10－4～10－5Pa.L/s在25℃溫度下，抽氣氣一小時后，，出氣率的計計算公式：K=10-2u1/2式中K－出氣率u－氣體滲透系系數(shù)各種橡膠出氣氣率的大小排排列：氯醇橡橡膠＞乙烯基基硅橡膠＞天天然橡膠＞丁丁晴橡膠＞氯氯丁橡膠＞氟氟橡膠。6)橡膠的升華：：橡膠在一定定的真空度和和溫度下的失失重叫升華。。一一般要求求升華值小于于10％按真空升華值值的大小，對對各種橡膠作作如下排列：：天然橡膠＞丁丁晴橡膠＞氯氯丁橡膠＞氯氯醇橡膠＞乙乙烯硅橡膠＞＞氟橡膠。在高真空系統(tǒng)統(tǒng)中，橡膠密密封元件對真真空系統(tǒng)極限限壓力的主要要影響因素是是材料的漏氣率和出氣率。1.5其它真空材料料1.5.1真空泵的工作作介質(zhì)機械泵油：適當(dāng)?shù)恼扯榷?、較低的飽飽和蒸氣壓。。擴散泵油：為了獲得較較低的入口壓壓力及較少的的返流率，，要求泵油在在常溫下具有有很低的飽和和蒸氣壓，含含易揮發(fā)（輕輕餾分）的成成份少、溶解解氣體的能力力低，粘度適適宜。同時希希望在鍋爐溫溫度下，泵油油具有較高的的蒸氣壓以保保證足夠密度度的蒸汽射流流抽氣。熱穩(wěn)穩(wěn)定性及抗高高溫氧化性好好。擴散噴射泵油油：由于要求油油增壓泵在高高壓力（10～10-2Pa）下有較高的抽抽氣量，所以以泵油的熱穩(wěn)穩(wěn)定性和抗氧氧化性一定要要好。在鍋爐爐溫度下有較較高的飽和蒸蒸汽壓（室溫溫下的蒸汽壓壓并不需要很很低），餾分分要窄。1.5.2輔助密封材料料真空輔助密封封材料主要依依據(jù)真空密封封的部位和真真空度不同分分為封蠟、封封脂、封泥和和封漆等。1)真空封蠟2)真空空封脂：主要用于真空空系統(tǒng)的磨口口、活拴及活活動連接處的的密封和潤滑滑，是一種脂脂膏狀物質(zhì)。。3)真空空封泥：由高粘度低蒸蒸氣壓的石蠟蠟與高嶺土為為主要原料混混合而成的一一種油泥。適于低真空系系統(tǒng)略有振動動且經(jīng)常拆卸卸的部位，或或臨時密封用用。4)真空漆：刷涂或噴涂涂于零件表面面及焊縫用來來堵漏或防止止H2滲入金屬器壁壁中。飽和蒸氣壓較較低（約1××10－4Pa），在干干燥和硬化后后能承受200℃以下的的溫度，具有有良好的抗腐腐蝕能力。5.3真真空粘接劑1).環(huán)氧氧樹脂封膠是膠合能力特特別強的一種種膠合劑,它的飽和蒸汽汽壓較低,使用溫度高，，即使在200℃溫度下，也能能保證可靠的的密封及足夠夠的機械強度度。能用在10-4Pa的真空系統(tǒng)中中?？膳c金屬、陶陶瓷或玻璃形形成高強度的的粘合。并可可耐120℃烘烤，長期保保持牢固。（3).厭氧膠：：厭氧膠是單組組分膠，室溫溫固化。使用用時操作簡單單，不需配比比混合，它不不含溶劑，滲滲透性好，能能滲入并填滿滿整個漏縫空空間。固化后強度高高（剪切強度度高達250～350kg/cm2），且能耐油油、鹽、酸、、堿、有機溶溶劑等介質(zhì)的的腐蝕，絕緣緣強度高，膨膨脹系數(shù)與鐵鐵相接近，對對金屬有防銹銹作用。受到工作溫度度和蒸氣壓的的限制，僅適適用于使用溫溫度在150℃以下的一一般真空系統(tǒng)統(tǒng)，不宜在需需要烘烤的超超高真空和潔潔凈真空場合合下應(yīng)用。真空中所用的的吸氣劑分蒸蒸散型和和非蒸散型型兩類1.5.4吸氣劑與吸附附劑1.5.4.1吸氣劑(1).蒸散型吸氣劑劑：如鈣、鎂、鍶鍶、鋇等。目目前常用的主主要有鋇鋁合合金（BaAl4）吸氣劑。主要用于電真真空器件中，如用于顯象管等等器件中。(2).非蒸散型吸氣氣劑是體積型型的吸氣劑（（涂層型）做成線、條粉粉狀放于器件件的柵、陽極極等處高溫吸氣（一般工作溫溫度為600℃），但是在低溫下它們不不吸氣。吸附劑與吸氣氣劑相反，它它是在低溫下下具有良好的的吸氣性能，，溫度升高時時要解吸放氣氣1.5.4.2吸附劑這類吸附劑常常用于冷吸附附泵、阱用物物理吸附劑。。常用的有：：分子篩、活活性碳、活性性氧化鋁、硅硅膠等。分子篩是一種人工合合成的吸附劑劑，其原粉的的粒度范圍為為1～10μm。分子篩的容容積大約有一一半是空腔。。小于晶孔直直徑的氣體分分子即可通過過晶孔而吸附附于晶穴的內(nèi)內(nèi)表面。其巨巨大的內(nèi)表面面積決定了分分子篩能大量量吸氣的特性性。例如：5A型的內(nèi)表表面積為585m2/g，13X型的內(nèi)表面面積為520m2/g。在液氮氮溫度下，分分子篩吸附的的氣體體積約約為其自身體體積的50～～110倍。。由于分子篩篩晶體是離子子型的，它對對氣體的吸附附能力與氣體體分子的極性性有關(guān)。硅膠（SiO2）：硅膠是一種無無毒、無腐蝕蝕性的多孔結(jié)結(jié)晶體物質(zhì)，，不溶于水，，可溶于苛性性納溶液。硅硅膠的孔隙率率可達到70%，平均孔徑為為4×10－7cm，平均密度約約650kg/m3，吸濕能力可可達其質(zhì)量的的30%。硅膠有原色硅膠和變色硅膠之分。變色硅硅膠吸濕后其其顏色將變成成紅色，因此此用它作原色色硅膠吸濕指指示劑，當(dāng)其其顏色變紅以以后，說明吸吸濕已飽和，，即可拿去再再生。可以通通過再生處理理后再重復(fù)使使用，它們的的吸氣過程是是物理作用。。再生是用150～180℃的熱空氣加加熱。再生后后的硅膠仍能能繼續(xù)使用，，但其吸氣能能力有所下降降。2真空材料及部部件的清洗2.1概述表面污染物：：1）蒸汽壓很很高，2）吸附了大大量氣體。污染的來源：最初的污染染常常是表面面本身形成過過程中的一部部分。而吸附附現(xiàn)象、化學(xué)學(xué)反應(yīng)、浸析析、干燥過程程、機械處理理以及擴散和和離析過程都都使各種成分分的表面污染染物增加。常見的真空材材料表面上的的污染物有以以下幾種類型型：1）加工、裝裝配、操作時時沾染上的潤潤滑劑、切削削液、焊劑、、粘接劑、真真空油脂等；；2）水基類：：操作時的汗汗跡、指紋、、吹氣時的水水汽、唾液等等；3）表面氧化化物：材料長長期放置在空空氣中或放置置在潮濕空氣氣中所形成的的表面氧化物物；4）酸、堿、、鹽類物質(zhì)：：清洗時的殘殘余物質(zhì)、水水中的礦物質(zhì)質(zhì)等；5）拋光殘渣渣及環(huán)境空氣氣中的塵埃和和其它有機物物等。6）在真空設(shè)備的使使用過程中，，造成的真空空系統(tǒng)再污染染；清洗的目的：改進真空系統(tǒng)統(tǒng)中所有器壁壁和組件表面面在工作條件件下的工作穩(wěn)穩(wěn)定性。工工作條件包括括：高溫、低低溫、以及電電子、離子、、光子或重粒粒子的發(fā)射和和轟擊。清洗后得到的的表面分為兩兩類：原子級級清潔表面和和工藝藝技術(shù)上的清清潔表面。原子級清潔表表面：僅能在在嚴格控制的的超高真空條條件下實現(xiàn)，，一般需要通通過較長的時時間過程來實實現(xiàn)，采用如如加熱、粒子子轟擊、濺射射、氣體反應(yīng)應(yīng)等技術(shù)手段段在特定的表表面區(qū)域內(nèi)獲獲得。工藝技術(shù)上的的清潔表面：保證所有的的表面盡可能能沒有其它微微觀結(jié)構(gòu)物質(zhì)質(zhì)，并且使清清洗后表面的的各種分子約約束得更緊密密，在基體相相上沒有明顯顯的化學(xué)物質(zhì)質(zhì)。2.2表面清洗的基基本方法2.2.1溶劑清洗1）軟化水或或純水離子雜質(zhì)：如如Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Al3+、Zn2+、Cu2+、Ni2＋、Mn2＋、H＋、NH4＋、SO4＋、Cl－、NO3－、HCO3－、CO3－、PO43－、OH一、SiO32－等。陽離子子和陰離子子結(jié)合為可可溶性鹽類類存在于水水中高純水：純純度可達99．9999％，，其電阻率率達18××106Ω·cm以以上原理：純水較強的的溶解能力力、水分子子的極性和和水的沖刷刷作用而達達到去污目目的。因為為水分子是是有極性的的，其正負負電中心不不重合，一一端顯示出出正電性，，另一端顯顯示出負電電性，對帶帶電離子有有吸引作用用。正是由由于這種作作用，能將將浸入純水水中的物體體表面所吸吸附的離子子雜質(zhì)拉下下水．進而而達到清除除離子雜質(zhì)質(zhì)目的。2.無水水有機溶劑劑：如無水水乙醇、丙丙酮、甲酮酮、甲苯、、航空汽油油、松節(jié)油油等。共同特性：：1）揮發(fā)性強強，吸附熱熱小，不易易吸附在物物品表面上上；2）溶劑沸沸點低，一一般在100℃以下；3）有較強強的溶解性性，對油脂脂、樹脂、、石蠟等有有較強的溶溶除能力；；5)對光光和熱都比比較敏感去污原理：根據(jù)溶質(zhì)質(zhì)在溶劑中中的溶解遵遵循“物質(zhì)質(zhì)結(jié)構(gòu)相似似者相溶””的原則，，只要兩者者結(jié)構(gòu)相似似，溶解就就易進行。。油脂不能能溶于水，，但可以溶溶于有機溶溶劑中。真空中常用用除油脂有有機溶劑有有：（1）甲苯苯（2）丙酮它能與水、、乙醇、乙乙醚、氯仿仿等有機溶溶劑混溶，，具有很強強的溶解性性．能溶解解油類、脂脂肪、樹脂脂、橡膠、、蠟、膠、、有機玻璃璃等有機物物質(zhì)，是優(yōu)優(yōu)良的有機機溶劑。使使用方法可可采取擦洗洗、浸泡、、水浴加熱熱、超聲等等方式清洗洗物品。（3）乙乙醇醇乙醇醇能能與與水水、、乙乙醚醚、、甲甲醇醇、、氯氯仿仿混混溶溶。。乙乙醇醇分分兩兩種種：：普普通通乙乙醇醇，，純純度度為為95％；；無無水水乙乙醇醇，，純純度度為為99.5％，，真真空空清清洗洗使使用用的的是是后后者者。。乙乙醇醇去去油油污污能能力力不不如如甲甲苯苯和和丙丙酮酮。。加加熱熱后后的的無無水水乙乙醇醇除除油油能能力力較較強強。。（4）汽汽油油汽油油有有較較強強的的溶溶解解性性，，能能溶溶除除油油污污、、油油漆漆等等有有機機雜雜質(zhì)質(zhì)。。特特別別是是航航空空汽汽油油，，無無毒毒性性，，去去污污能能力力強強，，是是清清洗洗常常用用有有機機溶溶劑劑。。（5）松松節(jié)節(jié)油油松節(jié)節(jié)油油與與乙乙醚醚、、乙乙醇醇、、氯氯仿仿等等有有機機溶溶劑劑互互溶溶，，是是一一種種無無毒毒溶溶劑劑。。對對有有機機雜雜質(zhì)質(zhì)有有較較好好的的溶溶解解能能力力，，能能溶溶解解油油類類、、脂脂肪肪、、蠟蠟和和各各種種樹樹脂脂。。松松節(jié)節(jié)油油還還是是一一種種極極性性溶溶劑劑，，對對金金屬屬雜雜質(zhì)質(zhì)也也有有一一定定的的吸吸附附能能力力。。（6）石石油油分分餾餾物物、、氯氯化化或或氟氟化化碳碳氫氫化化物物3.堿堿和和酸酸類類（1））堿堿類類皂化化類類油油去去除除：：主主要要成成分分為為脂脂肪肪，，即即甘甘油油三三酸酸酯酯。。它它與與堿堿（KOH、、NaOH、、Ca（（OH））2）在高高溫溫和和催催化化劑劑的的作作用用下下，，發(fā)發(fā)生生化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)，，生生成成溶溶于于水水的的脂脂肪肪酸酸鹽鹽和和甘甘油油。。通通過過這這種種皂化化反反應(yīng)應(yīng)，除除掉掉零零件件表表面面上上粘粘附附的的油油脂脂。礦物物油油去去除除：：不不能能與與堿堿起起皂皂化化反反應(yīng)應(yīng)，，用用堿堿不不能能使使其其化化學(xué)學(xué)分分解解，，但但它它們們可可以以與與堿堿液液形形成成乳乳濁濁液液（（乳化作作用），從從物體體表面面清除除。為加速速堿除除油脂脂效果果，可可采取取下述述方法法：1）提高堿堿液溫溫度：：70～100℃，加快快皂化化反應(yīng)應(yīng)及促促進乳乳化過過程2）攪攪拌溶溶液：：使表表面周周圍的的乳化化層不不斷更更新，，加速速了除除油過過程3）堿堿液中中加超超聲波波：聲聲波振振動，，提高高除油油效果果，縮縮短除除油時時間。。（2）酸類類作用：：金屬表表面的的氧化化層、、氮化化層、、器件件上的的金屬屬雜質(zhì)質(zhì)、玻玻璃表表面的的腐蝕蝕層，，可以以通過過酸類類與其其發(fā)生生化學(xué)學(xué)反應(yīng)應(yīng)而除除掉。。常用有有：鹽鹽酸、、硫酸酸、硝硝酸、、氫氟氟酸等等1．鹽酸酸鹽酸能能與堿堿性氧氧化物物，兩兩性氧氧化物物進行行化學(xué)學(xué)反應(yīng)應(yīng)，產(chǎn)產(chǎn)生金金屬氯氯化物物。如如鋁和和鋼表表面上上的氧氧化鋁鋁和氧氧化鐵鐵，可可用鹽鹽酸除除掉。。金屬屬雜質(zhì)質(zhì)能與與鹽酸酸發(fā)生生化學(xué)學(xué)反應(yīng)應(yīng)生成成氯化化物而而被清清除。。2．硫硫酸表面存存在的的金屬屬雜質(zhì)質(zhì)，可可利用用硫酸酸的強強氧化化作用用除掉掉?？煽衫糜昧蛩崴岬膹姀娝嵝孕猿舻艚饘賹俦砻婷嫔系牡难趸锘蚧蛘邭錃溲趸?。。3．硝硝酸硝酸具具有強強酸性性及強強氧化化性，，以化化學(xué)反反應(yīng)方方式除除掉物物體表表面金金屬雜雜質(zhì)。。硝酸酸不僅僅能與與金屬屬活動動順序序表中中氫以以前的的金屬屬發(fā)生生作用用，而而且能能與氫氫以后后的銅銅、汞汞、銀銀發(fā)生生反應(yīng)應(yīng)．生生成硝硝酸鹽鹽、氮氮化物物和水水。4.氫氟酸酸：5.金金屬屬清洗洗劑（（市售售商品品）：分為酸酸性、、堿性性和中中性偏偏堿等等三類類。1）酸酸性：多用用于清清洗氧氧化物物、銹銹和腐腐蝕物物；2）堿堿性：含有有表面面活性性劑，，用于于清除除輕質(zhì)質(zhì)油污污；3）中中性偏偏堿：可避避免酸酸堿對對表面面的損損傷。。2.2.1.1擦洗和浸浸洗2.2.1.2噴射(淋)清洗利用高壓液體體噴射運動流體體施加到到表面黏黏附的粒粒子上的的剪切力力來破壞壞粒子與與表面間間的粘附附力，粒粒子懸浮浮于湍流流流體中中，被流流體從表表面帶走走。2.2.1.3超聲波波清清洗原理是：：超聲聲空穴作作用超聲清洗洗原理：：介質(zhì)液體體在稀疏疏處受到到拉力而而形成大大量瞬時時的空隙隙氣泡，，介質(zhì)液液體在稠稠密處受受到壓力力使氣泡泡閉合，，由于振振動的頻頻率很高高，壓密密和拉疏疏過程在在極快地地變動，，使得大大量空隙隙氣泡在在瞬間破破碎，產(chǎn)產(chǎn)生很強強的爆破破沖擊波波，波譜譜為連續(xù)續(xù)譜加上上離散譜譜。這由由小的內(nèi)內(nèi)向爆裂裂氣泡所所產(chǎn)生的的瞬時壓壓力可大大到幾個大氣氣壓甚至至幾十個個大氣壓壓。在氣泡泡的破裂裂過程中中，氣泡泡里面的的氣體能能夠被迅迅速加熱。正是利利用這個個巨大的的瞬時壓壓力產(chǎn)生生的強大大沖擊力力量以及及氣泡瞬瞬時閉合合所產(chǎn)生生的局部部高溫作作用，破破壞工件件表面的的油膜等等污染物物，使之之脫離表表面被沖沖落到清清洗溶液液中，從從而使工工件表面面達到凈凈化。特點：聲波本身身能進入入復(fù)雜構(gòu)構(gòu)造異形形孔道，，所以超超聲波清清洗可以以清除復(fù)復(fù)雜有孔孔零件內(nèi)內(nèi)部的污污染物，，這是一一般清洗洗方法所所無法實實現(xiàn)的。。清洗液選選擇：根據(jù)污染染物種類類的不同同，選擇擇純水、、有機溶溶劑清洗洗液或無無機酸性性，堿性性和中性性清洗液液作為清清洗介質(zhì)質(zhì)。為了了強化清清洗效果果，有時時還在清清洗液中中加入金金剛砂研研磨劑。。清洗液液可按以以下原則則選?。海孩俦砻婷鎻埩π⌒?，②對對聲波的的衰減小小，③對對油脂的的溶解能能力大，，④無毒毒、無害害物質(zhì)。。超聲波清清洗設(shè)備備：超聲波發(fā)發(fā)生器（（儀）＋換能器（（超聲振振子）＋清洗槽1）超聲聲波發(fā)生生器：將220V或380V的交流流電轉(zhuǎn)換換成超聲聲頻的電電振蕩信信號，其其核心部部件為振振蕩器2）超聲聲換能器器：將超超聲波發(fā)發(fā)生器產(chǎn)產(chǎn)生的超超聲頻電電振蕩信信號轉(zhuǎn)換換為超聲聲頻機械械振動，，它是超超聲清洗洗設(shè)備的的關(guān)鍵部部件。3）清洗槽：：超聲清洗洗是在盛盛有清洗洗液的不不銹鋼槽槽中進行行的,清清洗槽底底部或側(cè)側(cè)壁裝有有換能器器。夾芯式壓壓電換能能器由鋼質(zhì)反反射罩、、鋁合金金聲頭和和鋯鈦酸酸鉛壓電電陶瓷片片（PZT）等等三部分分構(gòu)成。。這種換換能器具具有機械械諧振頻頻率低、、輸出振振幅大、、阻抗易易于控制制和匹配配等特點點。將多個換換能器組組合在一一個不銹銹鋼密封封盒中，，制成密密封式超超聲換能能器振板（振盒），如圖圖示。底部或側(cè)側(cè)壁裝有有換能器器的清洗洗槽換能器將將輸入的的電振蕩蕩轉(zhuǎn)換成成機械振振動輸出出。超聲清洗機常常用型式：小型一體機：：發(fā)生器與清清洗槽（換能能器）集成一體超聲波發(fā)生器器與清洗槽分分開形式分開式2超聲清洗的功功率超聲空化作用用在物理本質(zhì)質(zhì)上是聲場中中產(chǎn)生的空波波的非線性振振動以及破滅滅的二次輻射射沖擊波。宏宏觀的能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系：換換能器系統(tǒng)將將吸收的電功功率，轉(zhuǎn)換成成清洗介質(zhì)中中的聲功率，，如圖所示。。3超聲波波頻率工作頻率的選選擇會直接影影響到清洗效效果。從超聲聲清洗機理而而言，所選擇擇的頻率要有有利于氣泡的的產(chǎn)生、發(fā)育育和破滅，保保證一定的空空化效應(yīng)。選擇的工作頻頻率過高，則則不利于絕大大多數(shù)氣泡的的形成發(fā)育，，氣泡不破滅滅或雖破滅但但產(chǎn)生的沖擊擊波太??；如如果工作頻率率選的過低時時，雖然低頻頻產(chǎn)生的氣泡泡及沖擊波大大，但是噪聲聲也大，對工工作環(huán)境有較較大影響。清洗用超聲波波的工作頻率率一般在20～50kHz之間。2.2.1.5高壓飽和蒸汽汽清洗利用高溫高壓壓條件下氣態(tài)態(tài)的飽和蒸汽汽，在被清洗洗的表面溶解解微小的油漬漬污物顆粒和和頑固油垢。。高壓飽和蒸蒸汽可以切入入細小的縫隙隙和孔洞去剝剝離或去除污污物，清洗機機發(fā)出的飽和和蒸汽的溫度度最高可達300℃，，蒸汽壓力可可達0.8～～1Mpa，因此可將油油漬殘留物等等氣化蒸發(fā)，，不會留在被被清洗的表面面上。適用于：真空泵體、真真空容器殼體體、真空室內(nèi)內(nèi)的機械零部部件等。由于高溫的作作用，清洗后后的表面為干干燥的，所以以可以對各種種電器、電極極、電動機等等進行清洗而而又不影響其其性能。清洗機由水箱、蒸汽發(fā)生器器、高壓氣管、高壓蒸汽噴嘴嘴等集成為一體體組成（見圖圖）清洗各種金屬屬零部件MAX1型型高壓飽和蒸蒸汽清洗機2.2.3加加熱熱和輻照照清洗洗1）加熱將工件放置于于常壓或真空空中加熱，促促使其表面上上的揮發(fā)雜質(zhì)質(zhì)蒸發(fā)來達到到清洗的目的的。原理：加熱工工件，促使其其表面吸附的的水分子和各各種碳氫化合合物分子的解解吸作用增強強。解吸增強強的程度與溫溫度有關(guān)。清洗效果與工工件的環(huán)境壓壓力、在真空空中保留時間間的長短、加加熱溫度、污污染物的類型型及工件材料料有關(guān)。得到原子級清清潔表面，必必須在超高真真空條件下，，加熱溫度必必須高于450℃才行。適用：在較高溫度的的襯底上淀積積膜的情況（（制備特殊性性質(zhì)的膜），，加熱清洗方方法特別有效效。2）輻照清清洗利用紫外輻照照來分解表面面上的碳氫化化合物清洗機理：在紫外線照照射下，污物物分子受激并并離解，而臭臭氧的生成和和存在產(chǎn)生高高活性的原子子態(tài)氧。受激激的污物分子子和由污物離離解產(chǎn)生的自自由基與原子子態(tài)氧作用，，形成較簡單單易揮發(fā)分子子，如H2O3、CO2和N2。其反應(yīng)速率率隨溫度的增增加而增加。。2.2.4放放電清清洗廣泛應(yīng)用在高高真空、超高高真空系統(tǒng)的的清洗除氣中中，尤其是在在真空鍍膜設(shè)設(shè)備中用的最最多。電子清洗：利用熱絲或或電極作為電電子源，在其其上相對于待待清洗的表面面加負偏壓，，實現(xiàn)電子轟轟擊的氣體解解吸及某些碳碳氫化合物的的去除。清洗效果取決決于電極材料料、幾何形狀狀及其與表面面的關(guān)系，即即取決于單位位表面積上的的電子數(shù)和電電子能量，從從而取決于有有效電功率。。離子清洗：在真空室中充充入適當(dāng)分壓壓力的惰性氣氣體（如Ar氣），可以利利用兩個適當(dāng)當(dāng)?shù)碾姌O間的的低壓下的輝輝光放電產(chǎn)生生的離子轟擊擊來達到清洗洗的目的。惰性氣體離子子轟擊真空室室內(nèi)壁、真空空室內(nèi)的其它它結(jié)構(gòu)件及被被鍍基片，使使某些真空系系統(tǒng)免除高溫溫烘烤。如果果在充入的氣氣體中加入10%的氧氣，對某些些碳氫化合物物可以獲得更更好的清洗效效果，因為氧氧氣可以使某某些碳氫化合合物氧化生成成易揮發(fā)性氣氣體而容易被被真空系統(tǒng)排排除。（例））重要參數(shù)：外外加電壓的類類型（交流或或直流）、放放電電壓大小小、電流密度度、充入氣體體種類和壓力力、轟擊的持持續(xù)時間、電電極的形狀和和排列以及待待清洗的部件件的材料和位位置等放電時的氣體體壓力可在1~10Pa之間，放電電壓在500~5000V2.2.6氣氣體沖洗洗1）氮氣沖洗原理：氮氣在在材料表面吸吸附時，由于于吸附熱小，，因而吸留表表面時間極短短。即便吸附附在器壁上，，也很容易被被抽走。應(yīng)用：縮短系統(tǒng)的抽抽氣時間。如真空鍍膜膜機在放入大大氣之前，先先用干燥氮氣氣充入真空室室沖刷一下再再充入大氣，，則下一抽氣氣循環(huán)的抽氣氣時間可縮短短近一半。其其原因為氮分分子的吸附能能遠比水氣分分子小，在真真空下充入氮氮氣后，氮分分子先被真空空室壁吸附了了。由于吸附附位是一定的的，先被氮分分子占滿了，，其吸附的水水分子就很少少了，因而使使抽氣時間縮縮短了。系統(tǒng)被擴散泵泵油噴濺污染染了，還可以以利用氮氣沖沖洗法來清洗洗被污染的系系統(tǒng)。一般是是一邊對系統(tǒng)統(tǒng)進行烘烤加加熱，一邊用用氮氣沖洗系系統(tǒng)，可將油油污染消除。。2）反應(yīng)氣氣體沖洗清洗機理：在系統(tǒng)中中引進氧化化性氣體（（O2、NO）和和還原性氣氣體（H2、NH3）對金屬表表面進行表面氧化/還原反應(yīng)清洗，，消除污染染，以便獲獲得原子態(tài)態(tài)的清潔金金屬表面。。表面反應(yīng)速速率與污染的情況況及表面材材質(zhì)有關(guān)，其的的大小通過過調(diào)整反應(yīng)應(yīng)氣體的壓壓力和溫度度來控制特別適用于大型超高不不銹鋼真空空系統(tǒng)的內(nèi)部原位在在線清洗（去除除系統(tǒng)內(nèi)部部的碳氫化化合物污染染）反應(yīng)清洗氣氣體：可以用O2或NO對不銹鋼（（或鎳基鋼鋼）系統(tǒng)，，NO對污染物的的分離作用用要大于O2分子用NO反應(yīng)應(yīng)氣體清洗洗不銹鋼真真空系統(tǒng)，，產(chǎn)生的化化學(xué)反應(yīng)如如下：NO＋CO→1/2H2+CO22NO+C→→N2+CO2NO+C→→1/2N2+CONO+2H→→1/2N2+H2O清洗結(jié)果檢檢測：清洗處理前前后真空容容器的清潔潔度可以通通過測量熱熱脫附（TD）和光光子誘導(dǎo)脫脫附（PSD）的產(chǎn)產(chǎn)額來評估估。NO反應(yīng)氣體清清洗的真空空裝置見圖圖1氣體微微調(diào)閥2烘烤爐爐3真真空容器4四極極質(zhì)譜儀5B-A規(guī)規(guī)6抽氣系統(tǒng)統(tǒng)7NO氣氣體檢測器器一般當(dāng)四極極質(zhì)譜儀檢檢測不到碳碳氫化合物物的譜峰時時或者NO的譜峰高高度是CO峰高的3倍或更大大時，可以以結(jié)束清洗洗過程。通通常，這個個過程至少少需要幾個個小時。優(yōu)點:實驗表明用用NO氣體體從不銹鋼鋼真空容器器表面除去去碳氫化合合物污染的的效果與用用輝光放電電處理方法法得到的效效果相近（（用熱脫附附和光誘導(dǎo)導(dǎo)脫附判斷斷），但氣氣體清洗所所用的裝置置要比輝光光放電清洗洗的裝置簡單，而且不需需要把被清清洗的容器器從系統(tǒng)上上拆下。缺點：是NO氣體體對人體有有害，因此此在清洗工工藝進行之之前，必須須對清洗裝裝置做安全全檢查，以以確定無微微量泄漏。。2.3清清洗的的基本程序序2.3.1污染染物的確定定2.3.2清洗洗方法的確確定2.3.3清洗洗溶劑的選選擇根據(jù)被清洗洗材料及污污染物的性性質(zhì)來選擇擇合適、有有效的清洗洗劑和溶劑劑是溶劑清清洗方法中中的一個關(guān)關(guān)鍵。清洗過程中中，清洗液液的順序必必須是化學(xué)學(xué)上相容的的和可溶混混的，而且且在各階段段都沒有沉沉淀。2.3.4清清洗程序及及注意事項項2.4非非金屬材材料的清洗洗2.4.1玻璃璃陶瓷的清清洗玻璃及陶瓷瓷件最常用用的清洗方方法是溶劑劑清洗法。。對于表面清清潔度要求求很高的玻玻璃、陶瓷瓷部件，最最后要在真真空環(huán)境中中進行烘烤烤加熱處理理、等離子子輝光放電電處理等。。在清洗液中中浸泡→輔輔以刷洗、、擦拭或超超聲波清洗洗→去離子子水或無水水乙醇沖洗洗→（真空環(huán)環(huán)境中）烘烘烤加熱處處理、等離離子輝光放放電處理等等。2.4.2塑料料與橡膠的的清洗2.4.2.1有有機玻璃璃及塑料的的清洗特點：有機玻璃璃和塑料的的清潔需要要特殊的技技術(shù)處理，，因為它們們的熱穩(wěn)定定和機械穩(wěn)穩(wěn)定性低。。方法：大多數(shù)污污染物可以以用含水的的洗滌劑，，或用其它它的溶劑清清除洗掉。。恰當(dāng)?shù)妮x輝光放電轟轟擊及輻射射處理對塑塑料和有機機玻璃的表表面有好處處選擇適當(dāng)?shù)牡那逑匆?，，較短的清清洗時間，，以及在粒粒子轟擊或或輻射中仔仔細地確定定能量限度度和恰當(dāng)?shù)牡膭┝?，對對取得最佳佳清潔結(jié)果果都是重要要的。2.4.2.2橡橡膠材材料的清洗洗特點：真空橡膠一一般不受稀稀酸溶液、、堿溶液和和酒精的腐腐蝕，但會會受到硝酸酸、鹽酸、、丙酮以及及電子轟擊擊的嚴重損損害。方法：一般用無水水乙醇清洗洗，然后放放在干凈處處自然干燥燥。如果油油污較重或或部件體積積較大，則則可在20%的氫氫氧化鈉溶溶液中煮30~60min，取出后用用自來水沖沖洗，然后后再用去離離子水（或或蒸餾水））沖洗，最最后用潔凈凈的空氣吹吹干或烘干干。分子束外延延工藝流程程1）對襯底進行行化學(xué)清洗，除去油污和和表面氧化化物，獲得制取取高質(zhì)量MBE外延延材料所需需的“高度度清潔”表表面。2）將襯底底用In粘粘貼在鉬基基體上。3）裝入樣樣品室，抽抽真空到10－6×1.33Pa后