Какой материал не следует использовать внутри вакуумной камеры? Избегайте газовыделения и загрязнения

В принципе, любой материал, выделяющий газы или пары при низком давлении, не следует использовать внутри вакуумной камеры. Наиболее распространенными виновниками являются пористые материалы, такие как дерево и бумага, многие стандартные пластмассы, такие как ПВХ и акрил, а также летучие вещества, такие как масла, смазки и большинство клеев. Эти материалы ухудшают уровень вакуума и загрязняют среду камеры в процессе, называемом газовыделением (outgassing).

Самым важным фактором при выборе материалов для вакуума является их скорость газовыделения. Цель состоит в том, чтобы выбрать материалы, которые выделяют абсолютно минимальное количество захваченного газа и летучих соединений, гарантируя, что вы сможете достичь и поддерживать чистый, глубокий вакуум.

Основная проблема: Газовыделение

Основная проблема внутри вакуумной камеры заключается не в том, что вы туда помещаете, а в том, что из этого выходит. Это явление, известное как газовыделение, является врагом любой вакуумной системы.

Что такое газовыделение?

Газовыделение — это медленное высвобождение газа, который был растворен, захвачен или поглощен в материале. Когда давление снаружи материала падает, эти захваченные газы и летучие молекулы больше не удерживаются на месте и выходят в вакуумную камеру. Водяной пар является, безусловно, самой распространенной молекулой газовыделения.

Почему газовыделение имеет значение

Неконтролируемое газовыделение имеет два критических последствия. Во-первых, оно ограничивает предельное давление, которое может достичь ваш вакуумный насос, поскольку насос должен постоянно работать, чтобы удалить выделяющиеся молекулы. Во-вторых, эти высвобождаемые молекулы могут загрязнять чувствительные поверхности внутри камеры, такие как оптика, датчики или образец, с которым вы работаете.

Роль давления пара

Каждый материал имеет давление пара — это давление, при котором он начнет испаряться или сублимировать (превращаться непосредственно из твердого состояния в газ). В вакууме окружающее давление может легко упасть ниже давления пара материала, заставляя его активно разрушаться и превращаться в газ, что портит ваш вакуум и покрывает все в камере.

Разбор проблемных материалов

Хотя список длинный, проблемные материалы обычно делятся на несколько основных категорий.

Пластмассы и полимеры

Многие распространенные бытовые пластмассы непригодны для вакуума. Они часто содержат летучие пластификаторы и легко поглощают воду из атмосферы.

• Избегать: ПВХ, акрил (оргстекло), нейлон и винил.
• Проблема: Они выделяют водяной пар и другие летучие органические соединения. Нейлон особенно гигроскопичен (поглощает воду).
• Приемлемые альтернативы: Специализированные полимеры, такие как PEEK, Vespel (полиимид) и PTFE (тефлон), имеют очень низкие показатели газовыделения.

Пористые и органические материалы

Эти материалы действуют как губки, удерживая огромное количество воздуха и водяного пара внутри своей структуры.

• Избегать: Дерево, бумага, картон, хлопок (в том числе от перчаток) и незапечатанная керамика.
• Проблема: Почти невозможно удалить весь захваченный газ, что приводит к чрезвычайно долгому времени откачки и плохому предельному вакууму.

Клеи, ленты и смазки

Большинство готовых к использованию клеев, лент и смазочных материалов не предназначены для вакуума и будут значительно выделять газы.

• Избегать: Резиновый клей, суперклей, изолента и смазки на основе углеводородов (например, вазелин).
• Проблема: Растворители и летучие компоненты в этих продуктах быстро испарятся, загрязняя всю систему.
• Приемлемые альтернативы: Используйте эпоксидные смолы, специально предназначенные для вакуума (например, Torr Seal), ленту Kapton и специальные вакуумные смазки (например, Apiezon или Krytox).

Летучие металлы

Даже некоторые металлы могут быть проблемой, особенно в системах высокого вакуума (HV) или сверхвысокого вакуума (UHV), где может участвовать температура.

• Избегать: Цинк и кадмий. Латунь (сплав меди и цинка) также может быть проблематичной.
• Проблема: Эти металлы имеют относительно высокое давление пара и могут сублимировать, покрывая поверхности внутри камеры. Вот почему крепежные детали часто изготавливаются из нержавеющей стали или посеребренные, а не цинкованные.

Понимание компромиссов

Выбор вакуумно-совместимого материала часто представляет собой баланс между производительностью, стоимостью и практичностью.

Чистота превыше всего

История материала имеет значение. Кусок, в остальном приемлемой нержавеющей стали, загрязненный смазочными маслами или отпечатками пальцев, будет сильно выделять газы. Все компоненты должны быть тщательно очищены подходящими растворителями перед помещением в камеру.

Принцип «Достаточно хорошо»

Уровень вакуума определяет ваш выбор материала. Для применения грубого вакуума у вас гораздо больше гибкости, и некоторое газовыделение может быть приемлемым. Для системы сверхвысокого вакуума (UHV) выбор материала не подлежит обсуждению и требует строгого соблюдения материалов, совместимых с UHV.

Стоимость совместимости

Материалы, разработанные для низкого газовыделения, такие как PEEK, бескислородная медь высокой проводимости (OFHC) и обработанный алюминий или нержавеющая сталь, значительно дороже своих обычных аналогов. Стоимость обусловлена чистотой и производительностью.

Выбор правильного материала для вашей цели

Ваш выбор полностью зависит от уровня вакуума, которого вы хотите достичь, и чувствительности вашего процесса.

• Если ваш основной фокус — высокий вакуум (HV) или сверхвысокий вакуум (UHV): Вы должны использовать материалы, специально предназначенные для этой среды, такие как нержавеющая сталь, алюминий, керамика, PEEK, Vespel и Kapton.
• Если ваш основной фокус — грубый или средний вакуум: У вас больше гибкости, но вам все равно следует избегать сильно пористых материалов, таких как дерево и бумага, чтобы обеспечить разумное время откачки.
• Если вам абсолютно необходимо использовать сомнительный материал: Рассмотрите возможность проведения «вакуумного отжига», при котором компонент нагревается под вакуумом в отдельной камере, чтобы вытеснить большую часть его летучих соединений, прежде чем он будет использован.

Отдавая приоритет материалам с низким газовыделением с самого начала, вы берете под контроль свою вакуумную среду и обеспечиваете целостность и успех своего процесса.

Сводная таблица:

Категория материала	Примеры, которых следует избегать	Основная проблема	Приемлемые альтернативы
Пластмассы и полимеры	ПВХ, акрил, нейлон	Высокое газовыделение водяного пара и ЛОС	PEEK, PTFE (Тефлон), Vespel
Пористые и органические материалы	Дерево, бумага, картон, хлопок	Задерживают большое количество воздуха и влаги	Запечатанная керамика, металлы
Клеи, ленты и смазки	Резиновый клей, суперклей, изолента	Испаряются растворители и летучие вещества	Эпоксидные смолы для вакуума, лента Kapton, смазка Apiezon
Летучие металлы	Цинк, кадмий, латунь	Высокое давление пара, могут сублимировать	Нержавеющая сталь, посеребренные компоненты

Обеспечьте отсутствие загрязнений и эффективность ваших вакуумных процессов с помощью правильного оборудования. KINTEK специализируется на высококачественном лабораторном оборудовании и расходных материалах, разработанных для оптимальной вакуумной производительности. Наши эксперты помогут вам выбрать правильные материалы и компоненты для минимизации газовыделения и поддержания чистоты в камере. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши конкретные потребности в вакуумном применении и узнать, как KINTEK может поддержать успех вашей лаборатории.