Materialien zur Verwendung in Vakuum sind Materialien, die eine sehr niedrige Rate von Ausgasung im Vakuum, und gegebenenfalls, tolerant zu den Ausheiztemperaturen. Steigen die Anforderungen immer strenger mit dem gewünschten Grad des Vakuums in der Vakuumkammer erzielbar ist. Die Materialien können Gas durch mehrere Mechanismen zu produzieren. Moleküle von Gasen und Wasser kann auf der Materialoberfläche adsorbiert werden. Materialien können im Vakuum sublimieren. Oder die Gase können aus porösen Materialien oder von Rissen und Spalten freigegeben werden. Spuren von Schmiermitteln, Rückständen aus der Bearbeitung auf den Oberflächen vorliegen. Ein spezifisches Risiko ist Ausgasen in Kunststoffen nach der Reinigung absorbiert Lösungsmittel.

Die aus den Materialien nicht nur senken Sie die Vakuumqualität, sondern auch freigesetzte Gase können auf anderen Oberflächen absorbiert werden, wodurch Ablagerungen und die Kammer kontaminieren.

Noch ein weiteres Problem ist die Diffusion von Gasen durch das Material selbst. Atmosphärische Helium kann sogar durch Pyrexglas diffundieren, wenn auch langsam, Dies hat jedoch in der Regel kein Problem dar. Einige Materialien können auch erweitern oder zu erhöhen, in der Größe zu Problemen in empfindlichen Geräten.

Zusätzlich zu den Gas-Fragen müssen die Materialien eine ausreichende Festigkeit durch den gesamten erforderlichen Temperaturbereich zu halten, ihre Eigenschaften zu erhalten, möglich sein, Maschinen, und wenn möglich nicht übermäßig teuer. Noch ein weiteres Problem ist der thermische Ausdehnungskoeffizient Übereinstimmung benachbarter Teile.

Zu vermeidende Stoffe

Materialien ausgasen durch zwei Mechanismen: Freisetzung des absorbierten und adsorbierten Gasen, und Verdampfen des Materials selbst. Erstere können durch ein Ausheizen reduziert werden, letzteres ist eine intrinsische Eigenschaft des Materials. Einige entgasten Materialien können auf anderen Oberflächen ablagern, kontaminieren das Vakuumsystem und schwierig sein, sie wieder loszuwerden.

Die häufigsten Fehlerquellen in Vakuum-Systeme sind:

• Cadmium, oft in Form von Cadmium vorhanden, oder in einigen und Löten Legierungen
• Zink, problematisch für Hochvakuum und höhere Temperaturen, vorhanden in einigen Bau-Legierungen, zB Messing und einige Hartlote. Neigt dazu, Glühkathoden vergiften und bilden leitende Ablagerungen auf Oberflächen.
• Magnesium
• PVC, üblicherweise in der Form von Drahtisolierung
• Paints
• Blei und Antimon in einigen Weichlote und Ausgasung bei höheren Temperaturen eingesetzt
• Viele Kunststoffe, nämlich viele Kunststoffbänder. Glasfaserverbundwerkstoffen, beispielsweise Micarta und G-30, zu vermeiden. Selbst Kapton und Teflon sind manchmal abgeraten.
• Verschiedene Reste, z.B. Fluss von und Löten, und Schmierstoffe von Bearbeitung. Gründliche Reinigung der Teile wichtig. Getting die outgassable Rückstände aus engen Felsspalten kann schwierig sein; eine gute mechanische Konstruktion, die solche Merkmale vermeidet kann das eigene Leben zu vereinfachen.

Materialien für Vakuum Verwendung

Metals

• Austenitischen rostfreien Stählen sind die häufigste Wahl für Hochvakuum und Ultrahochvakuumsystemen. Nicht alle Legierungen sind geeignet; z.B. die Automaten 303 Stahl enthält Schwefel, die zum Ausgasen neigt. Legierungen mit guter Schweißbarkeit unter Argon Lichtbogenschweißen sind in der Regel ausgewählt.
  • Edelstahl 304 ist eine übliche Wahl eines Edelstahl.
  • 304L Edelstahl, einer kohlenstoffarmen Variante der 304-Stahl, ist für Ultrahochvakuumsystemen.
  • 347 Edelstahl akzeptiert keine Hochglanz poliert.
  • 321 Edelstahl wird gewählt, wenn niedrige magnetische Permeabilität benötigt wird.
• Flussstahl kann für moderate Vakuum über 10 Torr verwendet werden. Ausgasen können mit geeigneten Beschichtung abgesenkt werden. Es hat eine hohe Durchlässigkeit für Wasserstoff und die Tendenz zu rosten. Für den Einsatz sollten es gründlich im Vakuum entgast werden.
• Aluminium und Legierungen sind eine weitere Klasse von häufig verwendeten Materialien. Sie sind gut bearbeitbar und haben geringe Ausgasung, es sei denn, die Legierungen höheren Anteil an Zink. Die Teile müssen nicht eloxiert werden, da die Oxidschicht Fallen Wasserdampf. Aluminium und seine Legierungen haben eine geringe Festigkeit bei hohen Temperaturen, zu verzerren, wenn sie verschweißt sind, und die kupferhaltige diejenigen sind schlecht schweißbar. Aluminium Drahtringe können als billige Dichtungen in Absetzkipper Dichtungen verwendet werden. Aluminium hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und eine geringe Löslichkeit von Wasserstoff. Verlust der Festigkeit bei hohen Temperaturen sind die Nutzungsmöglichkeiten in ausheizbares Anwendungen, aber Aluminium ist für großformatige Anlagen aufgrund seiner geringeren Gewicht und geringeren Kosten als Edelstahl vorteilhaft. Verwendung von Aluminium wird durch Schwierigkeiten bei der Schweißen und Löten begrenzt. Es kann für Röntgenstrahlenfenster verwendet werden.
• Aluminiumbronze ist ein Material auf der Suche und Bearbeitung ähnlich wie Messing. Es ist nicht empfindlich gegen Festfressen, die es für Gleitsitz auf Edelstahl geeignet macht.
• Nickel wird häufig in der Vakuumtechnik, z.B. als mechanische Teile in Vakuumröhren. Es ist relativ preiswert, kann punktgeschweißt werden, kann leicht bearbeitet werden, hat einen hohen Schmelzpunkt und ist gegen viele korrosive Flüssigkeiten und Atmosphären. Sein möglicher Nachteil ist die Ferromagnetismus, die Anwendungen, die durch Magnetfelder beeinflusst werden würde einschränkt.
• Nickellegierungen, z.B. cupronickel
• Beryllium ist hauptsächlich für Röntgenstrahlenfenster verwendet.
• Sauerstofffreies Kupfer ist weit verbreitet. Es ist leicht zu bearbeiten ist und gute Korrosionsbeständigkeit. Es ist für die backfähige Vakuum Umschläge ungeeignet wegen seiner Neigung zu oxidieren und zu erstellen Skalen. Kupferringe sind in abnehmbaren Dichtungen verwendet. Normales Kupfer für Hochvakuum ungeeignet, da es schwierig ist, vollständig zu entgasen. Kupfer ist unempfindlich gegenüber Wasserstoff und undurchlässig für Wasserstoff und Helium hat eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Wasserdampf, sondern wird durch Quecksilber angegriffen. Seine Stärke fällt scharf über 200 ° C. Sein Dampfdruck wird auf über 500 ° C signifikant.
• Messing ist geeignet für einige Anwendungen. Es hat eine gute Korrosionsbeständigkeit. Seine Zinkgehalt kann zu Problemen führen; Zink Ausgasen kann durch Vernickeln reduziert werden.
• Indium Draht wird als eine Dichtung in abnehmbaren Dichtungen verwendet.
• Golddraht als Dichtung in abnehmbaren Dichtungen für Ultrahochvakuum verwendet wird.
• Platinum ist ein hoch chemisch inerten Material mit hohen Kosten und die geringe Ausgasung.
• Zirkonium ist korrosionsbeständig. Es hat eine niedrige Produktion von Sekundärelektronen, so dass es als eine Beschichtung der Bereiche, die ihre Produktion ist wichtig, verwendet wird. Es ist für die Neutronenfenster verwendet. Es ist teuer und knapp ist, sind seine Verwendung daher begrenzt. Zirkonium und Zirkonhydrid für Getter verwendet.
• Wolfram wird häufig in Hochtemperaturanwendungen, sowie für Filamente in Elektronen / Ionenoptiken verwendet. Es wird spröde von Kaltverfestigung bei mechanischer verformt oder unterworfen werden oder sehr hohen Temperaturen.
• Molybdän und Tantal sind nützlich für Hochtemperaturanwendungen.
• Titan und Niob sind gute Materialien.
• Lote sind manchmal für Soft-Lötstellen unvermeidlich. Zinn-Blei-Loten können bedingt eingesetzt werden, wenn die Vorrichtung nicht gebacken werden und Betriebstemperaturen nicht erhöht ist. Eine bessere Wahl für Vakuum-Systeme ist die Zinn-Silber-Eutektikum, Sn95Ag5; sein Schmelzpunkt von 230 ° C ermöglicht Ausheizen bis 200 ° C. Eine ähnliche 95-5-Legierung, Sn95Sb5, ist ungeeignet, da Antimon hat ähnliche Dampfdruck wie Blei. Achten Sie darauf, Flussmittelreste zu entfernen.
• Hartlote werden zum Verbinden von Materialien durch Löten verwendet. Es muss darauf geachtet werden, während die Wahl der Legierungen, wie einige Elemente neigen dazu, ausgasen. Cadmium und Zink sind die schlimmsten gemeinsamen Straftäter. Silber, ein üblicher Bestandteil von Hartlot, kann problematisch bei höheren Temperaturen und niedrigeren Drücken ist. Eine eutektische Silber-Kupfer, beispielsweise mit dem Namen Cusil, wird empfohlen. Eine bessere Alternative ist eine Kupfer-Silber-Zinn-Legierung genannt Cusiltin. Kupfer-Silber-Phosphor-Legierungen, z.B. Sil-Fos, sind ebenfalls geeignet.

Kunststoffe

• Einige Fluorpolymere, z.B. Polyvinylidenfluorid, eignen sich zum Einsatz im Vakuum. Sie haben geringe Ausgasung und sind tolerant gegenüber höheren Temperaturen.
  • Polytetrafluorethylen wird üblicherweise innerhalb von Vakuumsystemen verwendet wird. Es ist selbstschmierend, ein guter elektrischer Isolator, tolerant gegenüber relativ hohen Temperaturen und weist eine geringe Ausgasung. Es ist nicht geeignet für die Barriere zwischen Vakuum und Atmosphäre, wie sie für Gase etwas durchlässig ist. Keramik ist eine bessere Wahl, aber.
• Polyethylen ist verwendbar, sondern erfordert eine gründliche Ausgasung. Nalgene kann als billigere Alternative für Bell Gläser verwendet werden.
• Vespel Polyimid ist sehr teuer, aber auch Maschinen, hat eine gute elektrische Isolationseigenschaften und ist mit Ultrahochvakuum-kompatibel.
• PVC, trotz seiner hohen Ausgasrate kann in begrenzten Anwendungen für die Grobvakuumleitungen verwendet werden.
• Nylon ist selbstschmierend, sondern weist eine hohe Ausgasrate und eine hohe Affinität zu Wasser.
• Acrylics haben hohe Ausgasrate und hohe Affinität zu Wasser.
• Polycarbonate und Polystyrol sind gute elektrische Isolatoren mit mäßiger Ausgasung.
• Kapton ist eine Art von Polyimid-Film, hat sehr geringe Ausgasung. Kapton wird abgeraten, wenn eine keramische Alternative verwendet werden.
• Einige Elastomere haben ausreichendes Vakuum-Eigenschaften:
  • Nitrilkautschuk ist für demontierbaren Vakuumdichtungen verwendet.
  • Viton für demontierbaren Vakuumdichtungen verwendet. Es ist besser für niedrigere Drücke als Nitrilkautschuk. Es ausheizbar 200ºC.

Gläser und Keramiken

• Borosilikatglas wird häufig für kleinere Versammlungen und für die Ansichtsfenstern verwendet. Es kann bearbeitet und gut miteinander verbunden werden. Gläser können mit Metallen verbunden werden.
• Porzellan und Aluminiumoxid-Keramik, wenn sie vollständig verglast und somit nicht-porösen, sind ausgezeichnete Isolatoren verwendbar sind bis zu 1500 ° C. Einige Keramiken bearbeitet werden. Keramiken mit Metallen verbunden werden.
• Macor ist ein bearbeitbarer Keramik, die eine hervorragende Alternative zu Aluminiumoxid ist, wie der Brennprozess von Aluminiumoxid können die Abmessungen und Toleranzen ändern.

Schmierstoffe

Schmierung von beweglichen Teilen ist ein Problem für Vakuum. Viele Schmierstoffe haben inakzeptabel Ausgasraten, andere verlieren Schmiereigenschaften.

• Vakuumfette sind Schmierfette mit niedriger Ausgasung.
  • Krytox ist ein fluorether basierenden Vakuumfett, nützliche von -75 bis mehr als 350 ° C, auch in flüssiger Sauerstoff nicht brennbar, und eine hohe Beständigkeit gegen ionisierende Strahlung.
  • Polyphenylether Fette
  • Torrlube, eine Marke umfasst eine Reihe von Schmierölen auf Basis von Perfluorpolyethern.
• Trockenschmiermittel kann in Kunststoffen als Füllstoffe eingearbeitet werden, als eine Komponente des Sintermetalle oder auf Metall, Keramik und Kunststoffoberflächen aufgebracht.
  • Molybdändisulfid ist ein Trockenschmierstoff im Vakuum einsetzbar.
  • Wolframdisulfid ist eine weitere Trockenschmierstoff im Vakuum einsetzbar. Es kann bei höheren Temperaturen als MoS2 verwendet werden. Wolframdisulfid verwendet deutlich teurer zu sein, aber Anstieg der Preise von Molybdändisulfid brachte sie zu einem vergleichbaren Bereich. Verwendbare von -188 bis 1316 ° C im Vakuum von -273 bis +650 ° C in normaler Atmosphäre.
  • Hexagonales Bornitrid ist eine graphitähnliche Trockenschmiermittel in Raumfahrzeugen eingesetzt.

Klebstoffe

• Torr-Seal oder seine generische Äquivalent Hysol-1C, ein Epoxidharz mit Harz und Härter für den Einsatz in Vakuumumgebungen. Es beginnt bei hohen Temperaturen zu zersetzen, aber ansonsten ist mit sehr geringem Ausgasen sehr stabil. Andere vakuum bewertet Epoxide sind ebenfalls erhältlich.

Materialien für die Verwendung im Weltraum

Zusätzlich zu den oben genannten Bedenken haben Materialien für die Verwendung in Raumfahrtanwendungen mit Strahlenschäden und hochintensiven UV-Strahlung, thermische Belastungen durch Sonneneinstrahlung, Strahlungskühlung des Fahrzeugs in anderen Richtungen, und Wärme in den Systemen des Raumfahrzeugs erzeugt bewältigen. Eine andere Sorge für Bahnen Erde näher ist die Anwesenheit von atomarem Sauerstoff, was zur Korrosion der freiliegenden Oberflächen; Aluminium ist ein besonders empfindlichen Materials. Silber, häufig zur Oberflächendampften Leiterbahnen verwendet wird, bildet Schicht Silberoxid daß abplatzt und kann zu einem Totalausfall erodieren oben.

Korrosionsempfindlichen Oberflächen können durch eine geeignete Beschichtung zu schützen, die am häufigsten mit Gold; eine Siliziumdioxidschicht ist ebenfalls möglich. Jedoch ist die Beschichtungsschicht, die Erosion von Mikrometeoriten.