費勉100問第三期 | 真空中的材料

這個問題問的范圍很大，因為每種材料所能到達的極限真空和材料所處的環(huán)境及狀態(tài)有很大的關(guān)系，不能單純以材料而論。

舉個簡單的例子，水，下圖是水在不同溫度下的飽和蒸氣壓。（飽和蒸氣壓是指氣液處于二相平衡時的壓強，這個概念在真空領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用，包括在分子束外延領(lǐng)域）

8. 常用真空金屬和非金屬材料有哪些，如何選用？

常用的金屬材質(zhì)

● 不銹鋼 304，316，316L，316 LN

最常見的材質(zhì)，600℃以下的結(jié)構(gòu)件，加工簡單，成本可控。

● 無氧銅，鈹青銅，磷青銅

無氧銅一般用于低溫導(dǎo)熱或者墊片等材質(zhì)，可以從極低溫一直工作到500℃左右，但是在高溫區(qū)就不適宜再作為結(jié)構(gòu)件，因為強度大大降低。

鈹青銅和磷青銅的特點是硬度很大，同時很耐磨，因此可以作為真空內(nèi)部的軸承或者耐磨件使用。

鈹青銅因為其彈性特點，還被用于很多彈片和插針的制造。

● 鉭，鉬，鎢，鈦

這些都是耐高溫金屬，按照耐高溫程度，由低到高的排列是鈦，鉬，鉭，鎢

按照加工難易度來說，鎢的硬度和難度最高，鉬的加工件相對偏脆，鉭的加工和不銹鋼類似，鈦在加工過程中隨著溫度的升高會出現(xiàn)粘刀的現(xiàn)象。

按照耐腐蝕程度來說，鈦在表面會形成致密的保護層，可以用于高溫氧化的環(huán)境。

而鉬在氧氣的情況下在500℃以上會形成氧化鉬，二氧化鉬在高溫下會生化，這個就會造成鉬材質(zhì)的原件在高溫氧化環(huán)境下會不斷腐蝕。

常用的非金屬材料

● 氧化鋁陶瓷

氧化鋁陶瓷因為加工簡單，特別是批量加工成本較低，所以被大量的用在真空環(huán)境中，一般用作絕緣墊片或者高溫的隔熱材料等等。

● 聚四氟

聚四氟的性狀很穩(wěn)定，而且具有自潤滑的特點，因此在真空內(nèi)部常被用做潤滑組件和絕緣組件，聚四氟的最高使用溫度可以達到200℃左右，因此可以滿足超高真空的烘烤要求。

● PEEK
聚醚醚酮(PEEK)樹脂是一種性能優(yōu)異的特種工程塑料，與其他特種工程塑料相比具有更多顯著優(yōu)勢，耐正高溫260度、機械性能優(yōu)異、自潤滑性好、耐化學(xué)品腐蝕、阻燃、耐剝離性、耐磨性、不耐強硝酸、濃硫酸、抗輻射、超強的機械性能可用于高端的機械、核工程和航空等科技。
相對聚四氟，PEEK可以通過摻雜改性得到很多種不同性質(zhì)的子類材料，例如耐摩擦，耐腐蝕，隔熱等等。以下是一個常見工程塑料的性質(zhì)對照表。

9. 樣品架齒輪嚙合處為什么要涂二硫化鉬，對真空有沒有影響？

齒輪嚙合處如果得不到適當(dāng)潤滑，會產(chǎn)生干摩擦，對齒輪造成磨損，可能導(dǎo)致齒輪表面損毀、無法傳動甚至卡死。短時間的高速摩擦甚至還可能產(chǎn)生大量熱量，影響樣品架的降溫效果。

純二硫化鉬是黑色固體，層狀晶體，材料的每個原子單層間僅以范德華力結(jié)合，結(jié)合力弱，易滑移，所以具有很好的潤滑性，可以用作固體潤滑劑。其熔點2375℃，惰性氛圍中450度發(fā)生升華，因此純二硫化鉬用在真空中不會影響真空度。

實際用到的作為潤滑劑的“二硫化鉬”，通常會加入其他油脂、活性劑等添加物。根據(jù)MoS2的含量，可分為

而對于快干型二硫化鉬噴霧，除了二硫化鉬、石墨和聚鈦酸丁烯之外，其他均為易揮發(fā)的有機物。所以在大氣狀態(tài)下使用后，有機物會快速揮發(fā)，殘留物僅為二硫化鉬、石墨等固體潤滑劑。這些固體潤滑劑沸點高，蒸氣壓低，不會對真空造成影響。

綜上，二硫化鉬是否影響真空，取決于添加劑的種類。高沸點高蒸氣壓的油脂一定不能在真空內(nèi)使用，而易揮發(fā)無殘留的可以在真空內(nèi)使用。