真空室内不应使用哪种材料？避免释气和污染

从根本上讲，任何在低压下会释放气体或蒸汽的材料都不应在真空室内使用。最常见的罪魁祸首是多孔材料，如木材和纸张，许多标准塑料，如 PVC 和亚克力，以及挥发性物质，如油、油脂和大多数粘合剂。这些材料会通过称为“释气”的过程损害真空度和污染腔室环境。

材料选择在真空应用中最重要的单一因素是其释气率。目标是选择释放最少量被困气体和挥发性化合物的材料，确保您能够达到并维持一个清洁、深度的真空。

核心问题：释气

真空室内的主要挑战不在于你放入了什么，而在于它会释放出什么。这种被称为释气的现象是任何真空系统的敌人。

什么是释气？

释气是溶解、捕获或吸附在材料中的气体缓慢释放出来。当材料外部的压力降低时，这些被困的气体和挥发性分子就不再被束缚，并逸散到真空室中。水蒸气是迄今为止最常见的释气分子。

为什么释气很重要

不受控制的释气有两个关键后果。首先，它会限制真空泵能够达到的最终压力，因为泵必须不断工作以清除正在释放的分子。其次，这些释放的分子可能会污染腔室内部的敏感表面，例如光学元件、传感器或您正在处理的样品。

蒸汽压的作用

每种材料都有一个蒸汽压，即它开始蒸发或升华（直接从固体变为气体）的压力。在真空中，环境压力很容易降到材料蒸汽压以下，导致其积极降解并转化为气体，从而破坏您的真空并将所有东西都涂覆在腔室内。

问题材料细分

虽然清单很长，但有问题的材料通常分为几个关键类别。

塑料和聚合物

许多常见的日常塑料不适合真空环境。它们通常含有挥发性增塑剂，并且很容易从大气中吸收水分。

避免使用： PVC、亚克力（有机玻璃）、尼龙和乙烯基。
问题： 它们会释出水蒸气和其他挥发性有机化合物。尼龙尤其具有吸湿性（吸收水分）。
可接受的替代品： 专用聚合物，如 PEEK、Vespel（聚酰亚胺）和 PTFE（特氟龙），具有非常低的释气率。

多孔和有机材料

这些材料像海绵一样，在其结构中捕获大量的空气和水蒸气。

避免使用： 木材、纸张、纸板、棉花（包括手套上的）和未密封的陶瓷。
问题： 几乎不可能去除所有被困的气体，导致抽真空时间极长和最终真空度不佳。

粘合剂、胶带和润滑脂

大多数现成的胶水、胶带和润滑剂都不是为真空设计的，并且会大量释气。

避免使用： 橡胶水泥、强力胶、电工胶带和基于碳氢化合物的润滑脂（如凡士林）。
问题： 这些产品中的溶剂和挥发性成分会迅速蒸发，污染整个系统。
可接受的替代品： 使用特定的真空级环氧树脂（如 Torr Seal）、Kapton 胶带和专用真空润滑脂（如 Apiezon 或 Krytox）。

挥发性金属

即使是一些金属也可能成为问题，特别是在涉及温度的高真空（HV）或超高真空（UHV）系统中。

避免使用： 锌和镉。黄铜（铜和锌的合金）也可能存在问题。
问题： 这些金属的蒸汽压相对较高，可能会升华，在腔室内壁上形成涂层。这就是紧固件通常使用不锈钢或镀银而不是镀锌的原因。

理解权衡

选择真空兼容材料通常是在性能、成本和实用性之间进行权衡。

清洁度至关重要

材料的“历史”很重要。一块本应合格的不锈钢，如果被切削油或指纹污染，也会大量释气。所有部件在放入腔室之前，必须用适当的溶剂进行彻底清洁。

“足够好”的原则

真空的水平决定了您的材料选择。对于粗真空应用，您有更多的灵活性，一些释气可能是可以接受的。对于超高真空 (UHV) 系统，材料选择是不可妥协的，需要严格遵守 UHV 兼容材料。

兼容性的成本

为低释气而设计的材料，如 PEEK、OFHC（无氧高导电性）铜以及机加工铝或不锈钢，比其常见替代品要昂贵得多。成本是为了纯度和性能。

根据您的目标选择合适的材料

您的选择完全取决于您需要达到的真空水平和过程的敏感性。

如果您的主要重点是高真空 (HV) 或超高真空 (UHV)： 您必须使用专为这种环境评级的材料，例如不锈钢、铝、陶瓷、PEEK、Vespel 和 Kapton。
如果您的主要重点是粗真空或中等真空： 您的灵活性更大，但您仍应避免使用木材和纸张等高度多孔的材料，以确保合理的抽真空时间。
如果您绝对必须使用有问题的材料： 考虑进行“真空烘烤”，即将组件在单独的腔室中加热并抽真空，以迫使其大多数挥发性化合物逸出，然后再使用它。

从一开始就优先考虑低释气材料，您就可以控制您的真空环境，确保过程的完整性和成功。

摘要表：

材料类别	应避免的示例	主要问题	可接受的替代品
塑料和聚合物	PVC、亚克力、尼龙	水蒸气和 VOCs 的高释气	PEEK、PTFE（特氟龙）、Vespel
多孔和有机材料	木材、纸张、纸板、棉花	捕获大量空气和水分	密封陶瓷、金属
粘合剂、胶带和润滑脂	橡胶水泥、强力胶、电工胶带	溶剂和挥发物蒸发	真空级环氧树脂、Kapton 胶带、Apiezon 润滑脂
挥发性金属	锌、镉、黄铜	高蒸汽压，可能升华	不锈钢、镀银部件

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