真空系统中的泄漏是什么？了解其类型及如何查找

在真空系统中，泄漏是指任何非预期的路径，允许外部较高压环境（通常是大气）的气体分子进入内部较低压环境。这种气体流入抵消了真空泵的工作，阻止系统达到或维持其所需的真空度。

真空泄漏最好不要简单地理解为一个孔洞，而是一场持续的斗争。你的泵努力清除气体分子，而泄漏则不断地让它们重新进入，这为你的系统能达到的极限压力设定了一个物理限制。

真空泄漏的剖析

泄漏并非总是显而易见的裂缝或孔洞。它们可能是微观的、隐藏的，甚至是所用材料的固有特性。了解不同类型对于有效故障排除至关重要。

真实泄漏：物理入侵

真实泄漏是穿透真空边界的物理渗透。这是最常见和最直观的泄漏类型。

这些通常发生在法兰、焊缝或穿心件等连接点，密封机构在此处失效。劣化的O形圈、法兰表面上的划痕或焊缝中的微观裂纹都是典型的例子。

虚拟泄漏：隐藏的敌人

虚拟泄漏并非通向外部大气的物理孔洞。相反，它是位于真空系统内部的被困气体体积，这些气体缓慢地逸入腔室。

这种被困气体表现得就像真实泄漏一样，导致压力缓慢但稳定地上升。常见的来源包括螺纹中、垫圈下方或未正确烘烤的多孔材料中截留的空气。

渗透：气体穿过固体泄漏

渗透是气体分子直接穿过看似不透水的固体材料的过程。这是一种自然但缓慢的现象。

例如，O形圈中的橡胶等弹性体容易被水蒸气渗透。在超高真空（UHV）系统中，即使是大气中的氦气也能缓慢地渗透通过玻璃观察窗。

识别泄漏源

由于泄漏会降低性能，因此找到它们是一项关键的诊断技能。方法从简单的压力观察到高度灵敏的电子仪器不等。

压升测试

最基本的测试是将系统抽至其基压，然后通过关闭阀门将其与泵隔离。如果压力迅速上升，则说明存在显著泄漏。上升速率表明了总泄漏量的大小。

示踪气体检测（氦气）

对于查找非常小的泄漏，氦质谱仪是行业标准。系统连接到检测器，然后将一股细小的氦气喷射到外部可疑的泄漏点上。

如果存在泄漏，氦气会被吸入系统并立即被质谱仪检测到，从而以极高的精度精确定位泄漏位置。

溶剂法（丙酮/异丙醇）

一种不那么精确但常见的现场方法是小心地将丙酮或异丙醇等挥发性溶剂喷洒到可疑泄漏区域。

当溶剂接触到泄漏点时，它会被吸入内部。它的存在会暂时改变腔室内的气体成分和压力，导致真空计上出现明显的闪烁。

分段隔离

对于具有许多组件的复杂系统，您可以使用盲板或堵头法兰分段堵塞真空管。通过系统地隔离和测试每个部分，您可以缩小系统哪一部分包含泄漏的范围。

要避免的常见陷阱

解决泄漏问题通常是一个排除过程。了解常见错误可以节省大量时间和资源。

混淆真实泄漏与虚拟泄漏

一个主要的陷阱是花费数小时寻找物理孔洞（真实泄漏），而问题实际上是设计不佳的内部组件的放气（虚拟泄漏）。如果无法使用氦气检测器找到泄漏，则虚拟泄漏的可能性很大。

溶剂的危险和局限性

虽然溶剂法速度快，但它有风险。丙酮或乙醚等易燃溶剂存在安全隐患。此外，这些化学品可能会损坏O形圈等敏感组件，或污染真空腔的内表面，从而在以后造成更大的问题。

忽略“泄漏预算”

“泄漏”的定义是相对于您的目标而言的。对于粗真空系统来说完全不引人注意的小泄漏，对于UHV表面科学实验来说可能是灾难性的。每个系统都有一个可接受的总泄漏率，称为泄漏预算。

如何处理您的泄漏问题

您处理泄漏的策略应由您的系统要求和可用工具决定。

• 如果您的主要重点是确认任何系统中的大泄漏：从压升测试开始确认问题，然后使用分段隔离缩小大致区域。
• 如果您的主要重点是为高真空应用寻找非常小的泄漏：氦质谱检漏仪是唯一确定的工具。
• 如果您的主要重点是对特定组件（如法兰）进行快速、低成本检查：溶剂法（最好使用更安全的异丙醇）可以提供快速指示，但请谨慎使用并了解其局限性。

掌握您的真空系统始于理解它是一个密封环境，任何违反该密封的行为都是泄漏。

摘要表：

泄漏类型	描述	常见来源
真实泄漏	允许气体进入的物理孔洞或裂缝。	O形圈失效、焊缝缺陷、法兰划痕。
虚拟泄漏	系统内部被困气体缓慢逸出。	螺纹、垫圈下方、多孔材料。
渗透	气体分子直接穿过固体。	O形圈（水蒸气）、玻璃观察窗（氦气）。

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