材料的真空除气

    对一般真空设备来说，材料的放气是真空系统中最主要的气源。因此，真空除气的目的就在于尽可能多地除掉这些杂质，降低材料中的含气量。

    气体在金属中的溶解度是环境气压与温度的函数。溶解度随温度的变化有两种类型，溶解时有吸热效应的，溶解度随温度升高而增大；溶解时放热的，溶解度随随温度升高而减小。

    气体在金属中的溶解是可逆过程。当金属暴露于真空环境中时，原有的动平衡状态被破坏，气体趋向解溶。解溶出气过程也由杂质的扩散速率决定。由于杂质的扩散速率很小，金属又有一定厚度，所以可近似按无限厚固体的扩散出气来处理。

    对于溶解度随温度升高而增大的情况，提高除气温度对除气效果的影响不大。实际上，随着温度的上升，虽然材料中气体的浓度增加，但是在高真空条件下，浓度的增加很小，而同时气体的扩散加快，也能在较短时间内与外部气压达到平衡。因此，真空除气的关键在于必须提高除气设备的工作真空度，一般要求材料除气时的工作真空度在10^-3Pa以上。

    因为放气速率与温度有关，所以在设计真空系统时，必须选用实际使用时的温度数据。如无此数据，则可根据两个不同温度下的数值进行估算。出气速率呈指数变化，所以出气量是时间的慢变化函数(即时间延长一个数量级，出气速率降低较慢)。已经出过气(经除气后)的材料经长时间暴露于大气后，能重新吸气并恢复到原来的状态。经常运转的真空系统如果在两次运转之间短时间暴露于大气(如1h以内)，则可等效为在真空中经历了10h的出气时间。因此，对真空系统来说，为了降低放气率，缩短抽空时间，应该经常保持在真空状态下。

    另外，材料的放气速率除了与材料的性质和所经历的放气时间有关外，还和材料的制造工艺、材料贮存环境以及表面预处理方法(如清洗、烘烤、气体放电轰击、表面处理等)有很大关系。例如，对于清洁的表面来说，光洁度越高，吸附的水汽就越少；在干燥氮气或空气中烘烤，可使不锈钢表面形成一层密实的淡黄色氧化膜，也可以减少放气，而且可以将表面的污染物氧化成气体或烧掉；用有机溶剂去脂时，表面的单分子层污染是无法除掉的，只能靠在真空下烘烤来除掉。例如，温度在200℃以上的真空环境下的烘烤可有效地除掉水气，但要有效地除掉氢，则必须在400℃以上的温度下进行真空烘烤。人们根据对材料的放气量的研究，得出以下几点共识：

    (1)同类材料的不同品种、不同制造和预处理工艺，对含气量影响很大;

    (2)在各种预处理方法中，烧干氢、真空处理(烘烤、退火、熔炼)的除气效果最好。正确的表面镀敷和表面腐蚀也很有益。化学清洗对减少出气的效果不太显著，但也不能忽视材料、零件的初步化学处理，以免在进一步烧氢或真空除气时造成氢炉与真空容器的污染，导致以后处理的其他材料的再污染。

    (3)已经除气的材料不能直接用手摸，否则将使放气总量复原。

    (4)材料越厚，温度越低，出气率衰减越慢。这种情况符合菲克扩散定律。

(慧朴科技，huiputech)