Большая Советская Энциклопедия (ВА)
Шрифт:
В. м. можно подразделить на следующие основные группы: конструкционные материалы, геттеры (газопоглотители), вакуумные масла и материалы, применяемые как рабочие жидкости насосов и вакуумметров (например, ртуть), замазки, смазки, лаки и цементы. Некоторые свойства важнейших конструкционных В. м. приведены в табл. 1—3.
Табл. 1. — Неорганические конструкционные материалы
| Материалы | Температура при давлении паров 1,3мн/м» (10– 5 мм рт. ст. ), °С | Температурный коэфф. линейного расширения в интервале от 0 до 100°С (a•107 ),°С– 1 | Температура плавления, °С |
| Металлы Алюминий | 841 | 238 | 658 |
| Вольфрам | 2564 | 44 | 3410 |
| Железо | 1083 | 119 | 1535 |
| Медь | 934 | 165 | 1083 |
| Молибден | 1955 | 55 | 2625 |
| Никель | 856 | 133 | 1452 |
| Палладий | 1157 | 116 | 1554 |
| Платина | 1585 | 90 | 1773,5 |
| Серебро | 751 | 189 | 960,5 |
|
| 2402 | 65 | 2996 |
| Титан (иодидный) | 1336 | 81(20—200°C) | 1725 |
| Цирконий (иодидный) | 1836 | 54(20—200°C) | 1845 |
| Сплавы Латунь Л-68 | — | 184 | 938 |
| Монель | — | 137 | 1250 |
| Нихром | — | 125 | 1400 |
| Фернико (ковар) | — | 45—55 (20—300°C) | 1450 |
| Сталь нержавеющая 1Х18Н9 (ЭЯ-1) | — | 160 | 1400 |
| 1Х18Н9Т (ЭЯ-1Т) | — | 160 | 1450 |
| Различные материалы Электрографит | 2129 | 8—18 (продоль | 3800—3900 |
| Слюда (мусковит) | — | ный) 30 | 1300 |
| Кварц плавленый | — | 5 | 1700 |
| Стекло | — | 30—120 | — |
| Керамика Глинозёмистая Магнезиальная | — — | 46—70 (20—100°C) 70—80 (20—100°C) | 2000 1600 |
Табл. 2.—Органические конструкционные материалы
| Материал | Скорость газоотделения при t 20°С | Коэффициент газопроницаемости при t 20°С | ||||
| м3 •мсек•м2 •н/м | cм3 • смсек•см2 кгс/см2 | |||||
| н•м/ (м2 •сек ) | л•мм рт. ст. • 10– 3сек см2 | |||||
| гелий | азот | гелий | азот | |||
| Резина на основе натурального каучука НК | (5—8)• 10– 6 | (4—6)•10– 6 | 1,3•10– 16 | 2,3•10– 17 | 1,3•10– 7 | 2,3• 10– 8 |
| Резина на основе синтетического нитрильного каучука СКН-26 | (3—4)• 10– 5 | (2—3)•10– 5 | 5,2•10– 17 | 2,5•10– 18 | 5,2•10– 8 | 2,5•10– 9 |
| Резина на основе синтетического нитрильного каучука СКН—40 | (3—4)• 10– 5 | (2—3)•10– 5 | 3,6•10– 12 | 3,9•10– 18 | 3,6•10– 8 | 3,9•10– 9 |
| Резина на основе поливинилсилоксанового каучука СКТВ-1 | (1—3)• 10– 5 | (1—2)•10– 5 (250°С) | — | 2,0•10– 15 (25°С) | — | 2.0•10– 6 (25°C) |
| Фторопласт-4 | (4—7)• 10– 7 | (3—5)•10– 7 (150—250°С) | 2,3•10– 16 | 8,4•10– 18 | 2,3•10– 7 | 8,4•10– 9 |
| Полиэтилен | (7—13)• 10– 7 | (5—10)•10– 7 | 2,5•10– 17 | 2,5•10– 18 | 2,5•10– 8 | 2,5•10– 9 |
| Полиэтилентерефталат | (3—7)• 10– 8 | (2—5)•10– 8 | 7,2•10– 18 | 2,7•10– 20 | 7,2•10– 9 | 2,7•10– 11 |
| Эпоксидная смола ЭД-5, отверждённая по-лиэтиленполиамином | (3—7)• 10– 4 | (2—5)•10– 4 (60°С) | 1,0•10– 17 | — | 1,0•10– 8 | — |
Табл. 3.—Вакуумны е смазки, замазки, лаки и цементы
| Материал | Давление паров при t 20°С | tпл ,°С | Макс. рабочая темп-ра, °С | Назначение | |
| н/м2 | мм рт. ст. | ||||
| Смазки Высоковакуумная | 10– 4 | 10– 6 | —40 до +200° | Уплотнение кранов и пришлифованных соединений | |
| Лубрисил | 10– 3 | 10– 5 | 40 | То же | |
| Рамзая | 10– 2 | 10– 4 | 30 | » | |
| Апиезон | 10– 1 | 10– 3 при 200°С | 43 | 30 | » |
| » | 10– 8 | 10– 10 | 47 | — | Пришлифовка соединений с тугой посадкой |
| Замазки Пицеин | 10– 5 | 10– 7 | 40 | Уплотнение стеклянных и металлич. шлифов | |
| Денисона | 10– 3 | 10– 5 | 60 | ||
| Смесь пчелиного воска с каучуком | 10– 1 —10– 2 | 10– 3 —10– 4 | 60 | — | |
| Апиезон | 10– 1 | 10– 3 | 45; 85 | — | Уплотнение постоянных соединений |
| Менделеева | — | — | — | 50 | |
| Цемент Хотинского | 10– 1 | 10– 3 | 40 | Для цоколёвки ламп | |
| Глипталевый лак | 3—10– 2 | 2. 10– 4 | 200 | Заделка царапин, покрытие поверхностей |
Металлы идут на изготовление корпусов, насосов, вентилей, оболочек, электродов, газопоглотителей. Стекло — основной материал для колб, трубок, ламп и т.п. Из синтетических материалов (полиэтилен, политерафторэтилен, полиамид и др.) и резины изготовляют трубки, прокладки и т.п. Вакуумные смазки и замазки служат для уплотнения разъёмных и постоянных соединений. Лаки применяют для заделки царапин, покрытия поверхностей, цементы — для цоколёвки ламп.
Лит.: Балицкий А. В., Технология изготовления вакуумной аппаратуры, 2 изд., М. — Л., 1966; Лебединский М. А., Электровакуумные материалы, 2 изд., М. — Л., 1966.
Е. Н. Мартинсон, Е. Г. Плещенко.
Вакуумный манометр
Ва'куумный мано'метр, вакуумметр, прибор для измерения давления разреженных газов. См. Вакуумметрия .
Вакуумный насос
Ва'куумный насо'с , устройство для удаления (откачки) газов и паров из замкнутого объёма с целью получения в нём вакуума . Существуют различные типы В. н., действие которых основано на разных физических явлениях: механические (вращательные), струйные, сорбционные, конденсационные.
Основные параметры В. н.: предельное (наименьшее) давление (остаточное давление, предельный вакуум), которое может быть достигнуто насосом; быстрота откачки — объём газа, откачиваемый при данном давлении в единицу времени (м3 /сек , л/сек ); допустимое (наибольшее) выпускное давление в выпускном сечении насоса, дальнейшее повышение которого нарушает нормальную работу В. н.
Механические насосы применяют для получения вакуума от 1 н/м2 (10– 2мм рт. ст. ) до 10– 8н/м2 (10– 10мм рт. ст. ). В рабочей камере простейшего механического насоса совершает возвратно-поступательное движение поршень, который вытесняет газ, создавая при обратном ходе разрежение со стороны откачиваемой системы. Поршневые насосы (рис. 1а, 1б ) были первыми механическими насосами. Их вытеснили вращательные насосы. В многопластинчатом вращательном насосе (рис. 2а, 2б ) всасывание и выталкивание газа осуществляется при изменении объёмов ячеек, образованных эксцентрично расположенным ротором, в прорезях которого помещены подвижные пластины, прижимающиеся к внутренней поверхности камеры и скользящие по ней при его вращении. За счёт большой частоты вращения ротора эти насосы при сравнительно малых размерах обладают большой быстротой откачки (до 125 л/сек ). Предельное давление достигает 2000 н/м2 (15 мм рт. ст. ) в одноступенчатых насосах и 10 н/м2 (10– 1мм рт. ст. ) в двухступенчатых. Аналогично происходит процесс откачки газа водокольцевыми насосами (рис. 3а, 3б ). При вращении колеса с радиальными лопастями, эксцентрично расположенного в камере, вода, заполняющая камеру, увлекается лопастями и под действием центробежных сил отбрасывается к стенке корпуса, образуя водяное кольцо 1 и серповидную камеру 2 , в которую поступает откачиваемый газ. При вращении колеса ячейки поочерёдно соединяются с каналом, через который откачиваемый газ выходит в атмосферу. Эти насосы пригодны для откачки влажного и загрязнённого газа, кислорода и взрывоопасных газов. Предельный вакуум составляет 95% (в одноступенчатых насосах) и 99,5% (в двухступенчатых насосах) от теоретически возможного; например, при температуре воды 20°С — до 7,1 кн/м2 (53 мм рт. cт. ) в одноступенчатых и 3,1 кн/м2 (23 мм рт. cт. ) в двухступенчатых насосах.
Для получения среднего вакуума чаще применяют вращательные насосы с масляным уплотнением. Их рабочая камера заполнена маслом, либо они погружены в масляную ванну. Быстрота откачки этих насосов 0,1—750 л/сек , предельное давление 1 н/м2 (10– 2мм рт. ст. ) в одноступенчатых и 10– 1н/м2 (10– 3мм рт. ст. ) в двухступенчатых насосах. Масло хорошо уплотняет все зазоры, выполняет функцию дополнительной охлаждающей среды, однако при длительной работе сконденсированные пары загрязняют масло. Для предотвращения конденсации паров, возникающей при их сжатии, камеру заполняют определённым объёмом воздуха (балластным газом), который в момент выхлопа обеспечивает парциальное давление пара в паро-воздушной смеси, не превышающее давления насыщения. При этом пары из насоса выталкиваются без конденсации. Такие насосы называются газобалластными и применяются как форвакуумные (для создания предварительного разрежения).
Двухроторные насосы имеют 2 фигурных ротора, которые при вращении входят один в другой, создавая направленное движение газа. Эти насосы обладают большой быстротой откачки и часто применяются как промежуточные (вспомогательные, или бустерные) между форвакуумными и высоковакуумными. Они обеспечивают вакуум 10– 2 —10– 3н/м2 (10– 4 —10– 5мм рт. ст. ) при быстроте откачки до 15 м3 /сек(рис. 4а, 4б ).
В молекулярных насосах при вращении ротора в газе молекулы получают дополнительную скорость в направлении их движения. Впервые такой насос был предложен в 1912 немецким учёным В. Геде, но долго не получал распространения из-за сложности конструкции. В 1957 немецкий учёный В. Беккер применил турбомолекулярный насос (рис. 5а, 5б ), ротор которого состоит из системы дисков. Таким насосом получают вакуум до 10– 8н/м2 (10– 10мм рт. ст .).
В струйных насосах направленная струя рабочего вещества уносит молекулы газа, поступающие из откачиваемого объёма. В качестве рабочего вещества могут быть использованы жидкости или пары жидкостей. В зависимости от этого насосы называются водоструйными, пароводяными, парортутными или паромасляными. По принципу действия струйные насосы бывают эжекторными и диффузионными. В эжекторных насосах (рис. 6а, 6б ) откачивающее действие струи основано на увеличении давления газового потока под действием струи более высокого напора. Такие насосы применяются для получения вакуума 10 н/м2 (10– 1мм рт. ст. ). Простым эжекторным насосом является водоструйный насос, распространённый в лабораторной практике, в химической промышленности и др. Предельное давление таких насосов не намного превышает давление водяных паров. Например, при температуре воды в насосе, равной 20°С, достигаемый вакуум равен 3 100 н/м2 (23 мм рт. ст. ), а парциальное давление остаточных газов около 670 н/м2 (5 мм рт. ст. ). К эжекторным насосам может быть отнесён вихревой насос (аппарат), откачивающее действие которого основано на использовании разрежения, развивающегося вдоль оси вихря (рис. 7а, 7б ). Значительно большей быстротой откачки и более низким предельным давлением обладают насосы, в которых рабочим веществом является водяной пар. В многоступенчатых пароводяных насосах быстрота откачки достигает 20 м3 /сек , создаваемый вакуум 0,7 н/м2 (5 x 10– 3мм рт. ст. ).
Откачивающее действие диффузионных насосов основано на диффузии молекул откачиваемого газа в области действия струи пара рабочего вещества за счёт перепада их парциальных давлений. В качестве рабочего вещества в 1915 В. Геде применил пары ртути. Ртуть обеспечивает постоянное (для данной температуры) давление насыщенного пара, постоянную (для данного давления) температуру, остаётся химически неактивной, не боится перегрева, но пары ртути, даже в небольшом количестве, опасны для человеческого организма. Одним из заменителей ртути является масло (см. Вакуумное масло ). Такие В. н. называются паромасляными. Применение в качестве рабочей жидкости масла привело к широкому распространению таких насосов с быстротой откачки до нескольких сотен м3 /сек при получении вакуума до 10– 6н/м2 (10– 8мм рт. ст. ). В паромасляном В. н. последовательно соединены несколько откачивающих ступеней в одном корпусе (рис. 8а, 8б ). Диапазон рабочих давлений трёхступенчатого паромасляного насоса 10– 3 —10– 1н/м2 (10– 5 —10– 3мм рт. ст. ).