Principaux facteurs à prendre en compte dans la sélection des matériaux pour le vide

Perméabilité au gaz

Le processus par lequel un gaz pénètre, diffuse, traverse et déborde une barrière solide d'un côté dense à un côté dense est appelé infiltration.

La perméabilité dépend du type de gaz et du matériau. Pour les métaux, le coefficient de perméabilité au gaz de certains métaux (tels que l'acier inoxydable, le cuivre, l'aluminium, le molybdène, etc.) est très faible et peut être ignoré dans la plupart des applications pratiques, alors que l'hydrogène a une perméabilité élevée pour certains métaux tels que le fer, le nickel, etc. La perméabilité de l'hydrogène à l'acier augmente avec la teneur en carbone, il est donc préférable de choisir un acier à faible teneur en carbone comme matériau pour la chambre à vide. En outre, certains métaux ont une perméabilité sélective aux gaz, comme l'hydrogène qui pénètre très facilement le palladium, et l'oxygène qui coule facilement l'argent, etc. Cette propriété peut être utilisée pour la purification des gaz et la détection des fuites sous vide.

La perméation des gaz au verre et à la céramique se fait généralement sous forme d'état moléculaire, et le processus de perméation est lié au diamètre des molécules de gaz et à la taille des micropores à l'intérieur du matériau. Le diamètre des micropores du verre de quartz contenant de la silice pure est d'environ 0,4 nm, et le diamètre effectif des pores des autres verres diminue parce que les ions de métaux alcalins (potassium, sodium, baryum, etc.) sont remplis dans les micropores, de sorte que les gaz sont plus perméables au verre de quartz et moins perméables à d'autres verres. Le diamètre des molécules d'hélium étant le plus petit de tous les types de molécules, la perméation de l'hélium dans le verre de quartz est la plus importante parmi les couples gaz-solide.

La perméation des gaz aux matériaux organiques (tels que le caoutchouc et les plastiques) s'effectue généralement à l'état moléculaire. En raison des pores plus larges des matériaux organiques, la perméabilité des gaz aux matériaux organiques est beaucoup plus grande que celle du verre et du métal.

La propriété de dégazage du matériau

Tout matériau solide peut se dissoudre et absorber certains gaz au cours du processus de fabrication et dans l'atmosphère. Lorsque le matériau est placé sous vide, l'équilibre dynamique d'origine est détruit et le matériau libère de l'air par solubilisation et désorption. L'unité couramment utilisée pour le taux de gaz d'échappement est Pa * L/(s * cm2). Le taux d'évacuation est généralement positif en fonction de la teneur en gaz et de la température dans le matériau, et l'unité de débit total de gaz est Pa * L/(s * cm2) : Pa * L/cm2 peut être utilisée lorsque la teneur en volume est prise en compte.

Dégazage à température ambiante

La plupart des matières organiques sont principalement composées de vapeur d'eau, qui se caractérise par un taux d'abandon élevé et une atténuation lente dans le temps. Par conséquent, elles ne conviennent généralement pas pour les parties internes des conteneurs sous vide. Le dégagement d'air à température normale du verre et de la céramique provient principalement de la surface, et le principal composant du dégagement d'air est la vapeur d'eau, suivie du CO et du CO2. Après cuisson et chauffage, la vapeur d'eau contenue dans le film d'oxydation à la surface du verre peut être pratiquement éliminée, et le taux de dégagement d'air à température ambiante peut être considérablement réduit.

Dégazage à haute température

Certains matériaux structurels, tels que les électrodes de molybdène, les cibles de tantale, les sources d'évaporation du bore, les dispositifs de chauffage et d'autres équipements, sont souvent à haute température dans le processus du système sous vide. On pense généralement que l'exhalation à haute température des matériaux est principalement déterminée par le processus de diffusion dans le corps, et que la quantité de gaz désorbité à la surface ne représente qu'une petite partie de l'exhalation totale. Outre l'accélération du processus de diffusion, le dégazage à haute température du verre, de la céramique et du mica n'est pas fondamentalement différent du dégazage à température ambiante. Cependant, le gaz diffusé à partir du corps à haute température d'un métal est différent. Le gaz dissous dans le métal étant atomique, le gaz moléculaire émis dans le vide est généralement formé par la réaction de surface. Certains métaux (tels que Ni et Fe) sont principalement contrôlés par la diffusion de l'oxygène dans le corps. Par conséquent, la décarbonisation des métaux peut réduire les émissions de CO et de CO2.

L'utilisation de divers procédés de traitement de surface, tels que le nettoyage chimique, le dégraissage à la vapeur organique, le polissage, la corrosion, l'oxydation par cuisson atmosphérique, permet de réduire considérablement les émissions de gaz du matériau. En outre, le taux de dégazage du matériau n'est pas seulement lié à la durée du dégazage, mais aussi à la méthode de prétraitement de la surface et à l'état de surface du matériau. Par exemple, lors du nettoyage d'une surface avec un solvant organique pour éliminer la graisse, la contamination d'une seule couche moléculaire sur la surface ne peut pas être éliminée et ne peut l'être que par cuisson sous vide.

La pression de vapeur et le taux d'évaporation du matériau

Dans la technologie du vide, la pression de vapeur et le taux d'évaporation (sublimation) des matériaux sont des paramètres importants. Par exemple, la pression de vapeur saturée de la graisse sous vide et du filament chaud régulé par le vide peut être à l'origine de la limitation du degré de vide ; le taux de sublimation des matériaux de revêtement sous vide et du getter est un paramètre à prendre en compte lors de la conception de l'équipement de revêtement sous vide et de la pompe getter ; la pression de vapeur saturée du gaz liquéfié cryogénique est un paramètre lié à la pression limite de la pompe à condensation cryogénique.

Il est évident que les matériaux ayant une pression de vapeur élevée dans la plage de température de fonctionnement du système à vide ne peuvent pas être utilisés. Dans la plage de température de fonctionnement, la pression de vapeur saturée de tous les matériaux confrontés au vide doit être suffisamment basse, et le système de vide ne doit pas ne pas atteindre le degré de vide de fonctionnement requis en raison de sa propre pression de vapeur ou des caractéristiques du gaz d'échappement. Bien que la pression de vapeur de certains matériaux à température ambiante soit faible ou parfois imperceptible, la pression de vapeur peut éventuellement augmenter jusqu'à la valeur mesurée à mesure que la température augmente.