第十一讲：真空材料4

xx_912 · 发表于 2006-2-10 02:55:35

第十一讲：真空材料

张以忱

(东北大学，辽宁沈阳 110006)

中图分类号:TB743;TB79 文献标识码:E 文章编号:1002-0322(2003)Ol-0060-03

5其它真空材料

5.1真空泵的工作介质

机械泵油：适当的粘度、较低的饱和蒸气压。

扩散泵油：为了获得较低的入口压力及较少的返流率，希望泵油在常温下具有很低的饱和蒸气压，含易挥发(轻馏分)的成分少、溶解气体的能力低，粘度适宜。然而，又希望在锅炉温度下，泵油具有较高的蒸气压以保证足够密度的蒸汽射流抽气。热稳定性及抗高温氧化性好。

扩散喷射泵油：由于要求油增压泵在高压力(10～10-2Pa)下有较高的抽气量，所以泵油的热稳定性和抗氧化性一定要好。在锅炉温度下有较高的饱和蒸汽压(室温下的蒸汽压并不需要很低)，馏分要窄。

5.2辅助密封材料

真空辅助密封材料主要依据真空密封的部位和真空度不同分为封蜡、封脂、封泥和封漆等。

5.2.1真空封蜡

真空封蜡是由沥青、虫胶、蜂胶等有机物制成的，用于可拆但不可动的接头处密封或填封小漏孔等。真空封蜡的软化温度为50～100℃，使用时加热软化涂于漏处，其饱和蒸气压在1.3×10-4Pa以下。商品封蜡有20#、50#、80#几种，标号越大其粘度越大。

5.2.2真空封脂

真空封脂主要用于真空系统的磨口、活拴及活动连接处的密封和润滑，是一种脂膏状物质。真空封脂的性能如表31所示。

表31 国产真空脂主要性能名称成分滴点oC 20oC时饱和蒸气压Pa 最高使用温度oC
1#真空脂
2#真空脂
3#真空脂
4#真空脂
7501高真空脂  高分子碳氢化合物
高分子碳氢化合物
高分子碳氢化合物
皂基脂
硅油加硅粉  67
69
71
210
/  2.8×10-6
4.1×10-6
1.3×10-7
10-5～10-6
10-4 30
30
35
130
-40～200

上表中的真空脂的粘度按标号依次由小到大。一般真空脂的工作温度较低，真空脂的使用温度范围是由其粘度来决定的。粘度也是真空脂的一个很重要的参数。油脂的粘度一般不应太大，以保证密封件能自由运动。但如果粘度过低，又会造成油脂在外界大气压力的作用下而漏进真空系统中。所以真空脂的选用应依照使用场合、工作温度等情况综合考虑，如冬季室温可选用软而粘度小的油脂；夏季室温可选用硬而粘度大的油脂；工作温度较高时应选用4#脂为宜。在使用时油脂应涂得少而匀，以免污染系统。

5.2.3真空封泥

真空封泥是由高粘度低蒸气压的石蜡与高岭土为主要原料混合而成的一种油泥。其可塑性好，易成形。它的饱和蒸气压不大于6.6×10-2Pa，使用温度在35℃以下。适于低真空系统略有振动且经常拆卸的部位，或临时密封用。真空封泥对金属和非金属均有很好的附着力。

5.2.4真空漆

真空漆(如紫漆和甘酞树脂漆)也可在真空技术中刷涂或喷涂于零件表面及焊缝用来堵漏或防止H2渗入金属器壁中。它的饱和蒸气压较低(约1×10-4Pa)。在干燥和硬化后能承受200℃以下的温度，同时还具有良好的抗腐蚀能力。使用中应注意的是，不能在系统处于真空状态时进行漆的涂刷，以免被大气压入系统中。

5.3真空粘接剂

5.3.1环氧树脂封胶

环氧树脂是胶合能力特别强的一种胶合剂，它的饱和蒸汽压较低，使用温度高，即使在200℃温度下，也能保证可靠的密封及足够的机械强度。

例如：市场上出售的低蒸汽压树脂(托封接)便是一种。它能用在10-4Pa的真空系统中。一般,这种密封树脂商品同时附有固化剂，使用时按比例混合。混合后必须立即使用。一般在室温下1～2h便可硬化，24h内完全固化。如在60℃的温度，则可在30min内硬化，1.5h内完全同化。可与金属、陶瓷或玻璃形成高强度的粘合。并可耐120℃烘烤，长期保持牢固。缺点放气率较大，但可以采取措施降低。

5.3.2氯化银

氯化银可用作高真空非匹配封接的材料。它具有很高的塑性，通过高温处理能与很多种材料粘接。它的饱和蒸汽压亦较低，在300℃时为10-5Pa；400℃时为10-3Pa；995℃时为1000 Pa。它的熔点为457.5℃。用氯化银封接的地方，可经300～400℃反复烘烤而不影响其工作性能。

通常购到的氯化银是粉末状。使用前应先加工成薄片状。加工方法如下：先将氯化银粉末置于陶瓷坩埚中加热至500让其熔化，用石墨棒清除浮渣后，将熔化的氯化银倒于石墨板上，迅速用石墨棒滚压即成。厚度以O.3 mm左右为宜。制成的薄片用酒精洗干净，保存于深色玻璃瓶中备用。氯化银封接玻璃时，必须先将其表面抛光，并覆以金膜、银膜或白金膜。然后才能涂氯化银。

5.3.3厌氧胶

厌氧胶是一种较新型的在真空技术中应用的胶种。可以用在焊接或粘接件的堵漏。特别是精加工后的焊接件，或因砂眼气孔，或因应力重新分布形成的裂缝而产生的微漏，或者是有些焊接件由于结构限制，以致无法用传统的焊接方法堵漏的场合。厌氧胶是单组分胶，室温固化。使用时操作简单，不需配比混合，它不含溶剂，渗透性好，能渗入并填满整个漏缝空间，而且没有像机硅交联剂那样因溶剂挥发而产生暂留空间。其固化率近于100％，因此固化后组织致密、细实，有优良的气密性。厌氧胶同化后强度高(剪切强度高达250～350 kg／cm2)，且能耐油、盐、酸、碱、有机溶剂等介质的腐蚀，绝缘强度高，膨胀系数与铁相接近，并对金属有防锈作用。在结构允许的场合，可代替焊接、静配合等传统的工艺方法而应用于真空系统中条件允许的元件组合，尤其适用于常规加工方法比较困难的场合。但是通常厌氧胶受到使用温度和蒸气压的限制，仅适用于使用温度在150℃以下的一般真空系统，不宜在需要烘烤的超高真空和洁净真空场合下应用。

5.4吸气剂与吸附剂

5.4.1吸气剂

吸气剂大量应用于真空电子器件中，它对器件的性能及使用寿命有重要的影响：①在器件的排气封离后和老炼过程中消除残余的和重新释放的气体；②在器件的储存和工作期间维持一定的真空度；③吸收器件在工作中所激发释放的气体。由于吸气剂在电真空器件放气、漏气时吸收气体，为器件创造了良好的工作环境，因而大大延长了器件的寿命，稳定了器件的特性参量。另外，吸气剂的用途在不断扩大，如用于太阳能集热管等真空器件和制成各类吸气剂泵，应用到科研及工业中去。在真空中所用的吸气剂一般分蒸散型和非蒸散型两类，后者又发展制成吸气剂泵(如锆铝吸气泵等)。

①蒸散型吸气剂也称为扩散型或闪烧型，主要用于电真空器件中。如钙、镁、锶、钡等，其中以钡类吸气剂用的最多。目前常用的主要有钡铝合金(BaAl4)吸气剂，用于显象管等器件中的吸气剂。

蒸散型吸气剂又可分为两类：(一)吸热型，它对温度的依存性强，蒸散重复性差，需要吸收大量热才能蒸散，因而现在已不大使用了。(二)放热型吸气剂，它克服了吸热型吸气剂的缺点，在钡铝合金或钡化合物中加入镍、铁、钛、钍等粉末。这样，在吸气剂激活蒸散时放出大量的热，降低了蒸散吸气剂的温度，蒸散重复性好。目前常用的放热型吸气剂包括：钡钛、钡钍吸气剂。这类吸气剂吸气性能好，但钍有放射性，现国内各类功率发射管、振荡管、摄像管中多用钡钛吸气剂，有时也使用钡铝镍吸气剂。目前在彩色显象管中使用的是渗氮吸气剂，它在蒸散放热反应中放出大量的氮气，在大量钡蒸散时由于与氮分子的碰撞，使吸气剂钡膜不致附着在屏面或荫罩上面而是集聚在管颈周围，不但吸气性能好，还提高了屏的亮度，比普通吸气剂优越多了。

②非蒸散型吸气剂是体积型的吸气剂（涂层型），它分为单质体积型、合金体积型、大比表面积型三种。它们适于应用在不能使用钡膜吸气的场合。例如：器件体积很小，无合适的蒸散沉膜表面，怕漏电和怕引入寄生电容的器件以及工作温度高的器件等均不能用蒸散型吸气剂。

单质型包括锆、钛、钍、钽等物质，把它们做成线、条粉状放于器件的栅、阳极等处高温吸气（一般工作温度为600℃），但是在低温下它们不吸气。

合金型包括锆铝、锆硅、锆钛等吸气剂。其中常用的有锆铝16（牌号st101），它在大气中很稳定，且具有低温吸气性能，弥补了单质型的不足。一般把它制成环状、片状、带状等用于功率管、磁控管、真空继电器、气体激光器等器件。用锆铝压带制成锆铝吸气泵，在400℃下工作，可代替油扩散泵用作器件排气，它的最大特点是对氢及氢的同位素氘、氚等的抽速很大。用它还可以制成便携式超高真空系统，封于大型真空电子器件中作辅抽泵等，实践证明效果较理想。

大面积体积型吸气剂，是用细颗粒单质吸气剂物质制成的具有大活性表面的吸气剂。包括锆钨、锆钒铁、锆石墨等类型。其中锆石墨吸气剂（st171）在室温下有良好的吸气性能，甚至比蒸散型纯钡膜吸气性能还好。但是它的高温吸气性能不如锆铝16，可它在400℃时却能吸附甲烷等碳氢化合物。在真空电子器件中，对那些体积受限制的器件、不使用热丝的无源器件、生产排气周期长的器件、不希望有碳氢化合物集聚的器件以及使用钡类吸气剂使绝缘性能变坏，产生打火击穿废品多的器件等，均应考虑使用锆石墨吸气剂。目前已在X光管、图象转换器、摄像管、磁控管、静电悬浮陀螺仪、心脏起搏器等装置中广为使用。

5.4.2吸附剂

吸附剂与吸气剂相反，它是在低温下具有良好的吸气性能，温度升高时要解吸放气。这类吸附剂常用于冷吸附泵、阱用物理吸附剂。常用的有：活性碳、活性氧化铝、硅胶、分子筛等。

分子筛是一种人工合成的吸附剂，其原粉的粒度范围为1～10μm。分子筛内部含有大量的水分，当加热到一定温度脱除水分后，其晶体结构保持不变，同时形成许多与外部相通的均匀的微孔。当气体分子直径比此微孔孔径小时，可以进入孔的内部，从而使某些分子大小不同的物质分开，起到筛分的作用，所以称之为分子筛。表32给出了分子筛的规格和技术特性。分子筛的容积大约有一半是空腔。小于晶孔直径的气体分子即可通过晶孔而吸附于晶穴的内表面。其巨大的内表面积决定了分子筛能大量吸气的特性。例如：5Ａ型的内表面积为585m2／g,13Ｘ型的内表面积为520m2／g。在液氮温度下，分子筛吸附的气体体积约为其自身体积的50～110倍。由于分子筛晶体是离子型的，它对气体的吸附能力与气体分子的极性有关。例如，对于极性强的水分子，它就有极强的吸附能力，而对惰性气体的吸附能力就很弱。因此，对于混合气体，分子筛能先吸附某些气体。

分子筛对气体的吸附是物理吸附，过程是可逆的。低温下吸附的气体，在湿度回升时将如数地释放出来。但释放过程较缓慢。

表32 分子筛规格和技术特性型号形状粒度
（mm）晶穴直径
（10-10m）晶孔直径
（10-10m）堆密度
（kg/L）化学组成吸附特性
吸水量
（g/g）吸附其它物质的特性
3A 球形
条形 φ4～6
φ4 约12 3.2～3.3 0.8
0.53 0.4K2O·0.6Na2O·Al2O3·(2±0.08)SiO2·4.5H2O >0.21 只吸附H2O；不吸附C2H2，C2H，NH3，CO2和更大的分子
4A 球表
条形  φ4～6
φ4 约12 4.2～4.7 0.8
0.53 Na2O·Al2O3·(2±0.08)·SiO2·4.5H2O >0.21 吸附H2O，Ar，Kr，Xe，H2，N2，CO，O2，NH3，CO2，CS2，CH4，C2H2，C2H6，CH3OH，CH2CN，CH3NH2，CH3Cl，CH3Br；不吸附丙烷及更大的分子
5A 粉末
球形
条形  1～4μm
φ4～6
φ4  约12 4.9～5.6 0.8
0.53  0.7CaO·0.3Na2O·Al2O3·(2±0.08)SiO2·4.5H2O >0.25
>0.21
>0.21 吸附正构烃类，直径小于5×10-10m的分子，吸附的主要分子与4A型分子筛相同；不吸附异构烃、环烷烃及芳烃类
10X 粉末
条形或
球形  φ2～4
及
φ4～9 约25 8～9 0.5～0.6 0.7CaO·0.3Na2O·Al2O3·(2.45±0.05)SiO2·6H2O >0.26
>0.23 吸附异构烷烃、环烷烃、芳烃，吸附的主要分子与4A型分子筛相同；不吸附丙烷及更大的分子
13X 粉末
球形
条形  φ4～6
φ4  约25 9～10 0.8
0.53  Na2O·Al2O3·(2.45±0.05)SiO2·6H2O >0.23 吸附小于直径10×10-10m的各种分子，吸水量35.5%（重量），吸附的主要分子同10X型分子筛；不吸附含氟丁胺

（完）

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