Kovy ve vakuové technice • ocel • AI a AI slitiny Cu a Cu slitiny • Ti • Kovar • Hg • Spojování cm3(NTP) SO 40 30 20 10 K 600 1000 1500 2000 Obr. 6.1. při normálním tlaku) rozpuštěného v 100 g kovu na teplotě (podle Waldschmidta a kol., 1954) s F6450 2/38 Tab. 6.1. Hlavni charakteristiky materiálů týkající se odplyňování Odplyňování Materiál ve vakuu ve vodíku Poznámka teplota (°c) doba (h) teplota (°C) doba (min) wolfram (dráty, tyče) molybden -1800 900- 950 8-10 1100-1400 1000-1200 2-5 30 wolframové katody se neodplyňují v peci tantal 1000-1500 není dovoleno ve vodíku křehne platina 900-1000 ve vzduchu 600- 800 950 5-10 nikl a jeho slitiny bez obsahu mědi 700- 950 >0,5 950-1050 teplota závisí na tvaru materiálu železo a jeho slitiny bez obsahu mědi, nerezavějící ocel 900-1000 800-1000 >1 >2 ve vysoce čistém vodíku měď a její slitiny bez obsahu zinku a cínu grafit a graf fitované kovy 500- 550 závisí na druhu kovu; čistý grafit při 1200-1800 nedoporučuje se není dovoleno slitiny zinku a cínu (např. mosaz) se v peci neodplyňují ve vodíkové atmosféře se tvoří uhlovodíky wolfram a nikl s povlakem kysličníku chrómu 950 15 □ g - = š o^o F6450 3/38 f^Obli'cnň V XT' 10'' »" -+ » -e > \ \ > \\ \ \ \ \ \ « \X N* \ 0,1 1 10 100 ?(h) Obr. 6.2. Proud uvolňovaného plynu z jednotky povrchu kovu a skla (/, dlJ v závislosti na době během níž byl material vložen do vakua (podle R. Henryho, í 969). Nerezavějící ocel X18H10 při 670 K (plné křivky): 1 — neopracovaná, mořená: 2 — mechanicky leštěná, mořená: 3 - elektrolyticky leštěná po dobu 15 min. Lehká hliníková slitina (s obsahem Mg, Mo a Cr) při 300 K (čárkované křivky): 4 — neopracovaná; 5 — neopracovaná, mořená. Borokřemičitě sklo při 300 K (čerchované křivky): 6 - předem neodplyněné; 7 - po odplynení při teplotě 370 K během 5 h a potom vystavené vzduchu po dobu 14 h □ S Pevnost f KM *-D- W Material Cylinder . End plates Hemisphe- rical D/h LCID /y*i v« R\h2 Copper at 20°C 84 10 52 15 600 Copper at 500°C 58 8.5 — — — Nickel at 20°C 100 11 73 8 780 Nickel at 500°C 90 10.5 — — — Aluminum 20°C 70 9 37 57 470 Aluminum 500°C 62 8.7 — _ _ Stainless steel 20°C 105 11.6 89 3 830 Stainless steel 500°C 89 10.5 — — — Glass (hard) 20°C 70 9 16 117 470 Neoprene 20°C 2.5 1.7 10 0.2 30 Teflon 20°C 12 3.8 14 9 — PVC (Tygon) 3.7 2.1 — — — Perspex — — 30 — — Mica — 58 15 — - = Válec, Di ~ D = 25 cm, T = 20 °C h [mm] Cu 3 Al 3.6 nerezová ocel 2.4 tvrdé sklo 3.6 teflon 20.8 hl [mm] ö [mm] 5 0.33 6.76 0.12 2.81 0.93 15.6 0.13 17.9 1.88 Ocel Ocel je slitina železa, uhlíku a dalších legujících prvků, která obsahuje méně než 2,14 % uhlíku. Vyrábí se asi 2500 druhů ocelí. nelegované oceli - obsah legujících prvků je nižší než 2,11 % • nízkolegované oceli - obsah legujících prvků po odečtení obsahu uhlíku je nižší než 5 % • vysoce legované oceli - obsah legujících prvků je vyšší než 5 % Nerezová ocel • austenitická - minimálně 10% chrómu a Ni, nemagnetická • feritická - minimálně 10% chrómu, magnetická Vlastnosti najdôležitejších austenitických chrómniklových ocelí čs. výroby (Poldina hut) Druh ocelí AKVN AKVS AKL AKV AKV AKOK AKS 2 AKS Hustota g/cm3 7,85-7,9 ca 8,0 Najväčšia prevádzková teplota °C 400 800 400 400 800 (900) (600) (600) Pevnosť v ťahu7 kg/mm2 65 65 35 65 65 70 55 65 Ťažnosť7 % 55 45 52 50 35 - 40 35 Medza tečenia7 kg/mm2 25 28 20 27 30 35 24 25 | Kontrakcia7 % 60 60 63 60 60 55 65 65 Vrubová húževnatosť kg. m 30 25 - 30 20 15 30 30 Brinellova tvrdosť7 kg/mm2 185 185 155 185 195 - - 185 Eriehsenova skúška7 mm 13 11 14 12 11 - - - Merné teplo pri 20 CC cal/g ca 0,12 i Tepelná vodivosť (20 °C) cal 0,035-0,05 | cm sek °C Súč. lin. rozťažnosti pri: 20-100 °C pri: 20-500 °C 10-71/°C 1 150 i 150 150 150 150 130 145 170' 10~7xl/°C 180 j 180 180 180 180 150 173 185 Magn. vlastnosti nemagn. (/t = 1,001-1,04) 1 Chemicky odoláva HNO3 HN03; H2S04; so2 HNO-3 K,S04 HCl H^SO* HCl (nie proti HN03) Dodáva sa v tvare 3 4 3 4 6 3 3 i 5 6 1 2 1 2 3 12- 1 Tyče. 2 Výkovky. 3 Plechy. 4 Zvárané rúry. 6 Bezošvové rúry. 6 Drôt. 7 Vo vyžíhanom stave. | F6450 8/38 Stainless steel blank cleaned 2.7 10-7 5.4- 10"8 Stainless steel polished cleaned 2 10'8 4 10"9 Stainless steel pickled heated foi " 1 hour, 1.4 10-9 2.8 10"10 Stainless steel bead blasted vented wi th normal air 3 10-10 6.5 10"11 Steel Ni plated polished cleaned 2 10-7 1.5 10-8 Steel Cr plated polished cleaned 1.3 10s 2.2 10"9 Steel rusted 6 10-7 1.6 107 Steel blank cleaned 5 10-7 1 • 10"7 Steel bead blasted cleaned 4 10"7 8-10"8 Aluminium cleaned 6 10-8 1.7- 10"8 Brass cleaned 1.6 10"6 5.6 10-7 Copper cleaned 3.5 10"7 9.5' 10 8 □ fp Al a Al slitiny Čistý Al se špatně obrábí. Dural je obchodní označení pro různé slitiny obvykle 90 - 96 % hliníku a 4 - 6 % mědi s menšími přísadami mědi, hořčíku, manganu aj. Oproti čistému hliníku (měrná hmotnost 2,7 g/cm3) je dural jen nepatrně těžší (typicky 2,8 g/cm3), ale až pětkrát pevnější v tahu i tvrdší. Pevnost i tvrdost se zvyšuje tepelným opracováním a zušlechťováním, podobně jako u ocelí. F6450 10 / 38 Používají se následující třídy hliníkových materiálů: • 2000 - nesvařitelné, vytvrditelně za tepla, dobrá pevnost; použití na komponenty; duralové slitiny (AlCuMg), • 3000 - slitiny AlMn, • 5000 - svařitelné, nevytvrditelné, • 6000 - svařitelné (musí se ještě ale tepelně upravit), vytvrditelně za tepla. Slitiny AlMgSi, • 7000 - svařitelné, vytvrditelně za tepla; slitiny AlZnMg, • 7075 - nejpevnější hliníková slitin F6450 11 / 38 Cu a Cu slitiny Druhy medi Obsah v % Poznámka Cu + Ag 0 p S Zn Hg Odkysličená meď Meď Lake Elektrolytická meď ETPC1 Meď OFHC II. bez kyslíka2 Meď OFHC I. bez kyslíka3 Meď bez plynov, vysoko čistá „GFHP"4 ^ 99,90 > 99,90 ^ 99,90 ^ 99,92 ^ 99,96 ^ 99,993 (>0,04) < 0,001 0,0000 0,0000 0,025 (0,003) 0,0003 0,0000 0,0000 (0,03) < 0,004 < 0,004 ^ 0,0001 0,0003 0,0001 odkysliôená prísadou fosforu do taveniny obsah Ag asi 0,003% (= 10oz/t) neobsahuje Ag skúška na ohyb ^4x skúška na ohyb ^ lOx tavená a odliata vo vákuu 1 Druh: .Electrolytic rough pitch copper. a Druh: Oxygen free high Conductivity „regular" podia ASTM spec. B 170-47 (stopy Cu.O sú nedokázateľné v mikroskope pri zväčšení 75 x ). 3 Druh: Oxygen free high Conductivity „certified" (stopy Cii^O sú nezistiteľné v mikroskope pri zväčšení 4 Druh: Cas free Mgh purity. Výrobca: American Metal Corp. cy F6450 12 / 38 800 ' 100Ü' pC] □ s 13 / 38 ■ *y t i ■ 1 V y ■ ^ % jT 0 200 400 £00 «Oř? /000/Tj —- r Obr. 8,4-8. Porovnanie závislosti merného elektrického odpor« o od teploty T pri medi a iných dobre vodivých kovoch. □ S Označenie Obsah % On j Sn 1 P Pb Fe Zn Sb Fosforový bronz 1 >98,5 1,0-1,5 stopa Fosforový bronz 5 zvyšok 3,5-5,8 0,03=0,035 <0,05 <0,1 <0,30 (< 0,0i)1 Bronz na valcovanie WBz6 podľa DIN 1705 d=94 = 6 K 0,2) 4 4 4 Fosforový bronz 8 92 7,0-9,0 0,03=0,35 <0,05 <0,10 <0,20 <0,20 K 0,0i)1 Fosforový bronz 10 = 90 9,0-11,0 0,03=0,25 <0,05 <0,10 K o.oi)1 Bronz na zlievanie GBz 14 86 ± 1 14 ± 1 < 1,0 <0,2 2 <0,23 Bronz na zlievanie GBz 20 80 ±2 20 ±2 < 1,0 <0,3 2 <0,23 1 Sb sa prisádza len pre plechy. a Obsah Zn = 1 % včítane obsahu vSetkých ostatných znečistenín (Pb, Sb, Fe, Mn, Bi; Al, Mg, S, As). 3 Ostatné znečisteniny [v %} podla DIN 1705 : Mn < 0,2; Bi < 0,01; Al < 0,01; Met < 0,01; As < 0,15 (Ni < 0,5, v prípade potreby max. 1 % Ni). 4) Pre vákuovú techniku 0,01 aj menej. F6450 15 / Mosaz Obsah Cu asi % Symbol Označenie (*v USA) Zloženie % Hlavné použitie Cu Zn | Pb Fe Ostatné 95 ♦Gilding metal 94-96 zvyšok < 0,03-^0,05 0,05 spracovanie za studena (plechy, kovový tovar, jemné drôty, sitá, filtre) | 90 Ms 90 Červený tornbak ♦Commercial Bronze 90 89-91 zvyšok zvyšok <0,05 < 0,05 celkom < 0,13 85 Ms 85 Stredný tornbak »Red Brass 85 84-^-86 zvyšok zvyšok < 0,05-0,06 < 0,05 Sn: < 0,15 rw~ Ms 80 Svetlý tornbak *Low Brass 80 78,5-^81,5 zvyšok zvyšok <0,05 <0,05 ' 72 Ms 72 Žltý tornbak 72 zvyšok ťahanie, tlačenie, razenie (drôty, pružné vlnovce, plechy) 70 (Ms 70) ♦Cartridge Brass 68,5-=-71,5 zvyšok <0,07 <0,05 ostatné < 0,15 67 Ms 67 Polotombak 67 zvyšok hlboké ťahanie (rúrky, dn- i tinky, profily) tvrdé spáj- j 65 (Ms 65) ♦Yellow Brass 64^67,5 zvyšok < 0,lH-0,3 <0,05 kovanie, použivatelné na vzduchu • 63 Ms 63 Mosadz na tlačenie 63 zvyšok <0,5 ostatné < 0,2 ťahanie, dobre tvárna za stu-' dena, spájkovatelná i s ľahko tavitelnou spájkou striebornou j 60 Ms 60 Mosadz kujná ♦Muntzov kov 60 59-^63 zvyšok zvyšok <1,1 0,2 0,15 lisovanie za tepla, zlé trieskové opracovanie 1 ♦Forging Brass = 60- 38 — 2 kovanie, opracovanie i trieskové na automatoch | I 58 |Ms58 Mosadz tvrdá 58 i zvyšok 2 1 Podlá Dlí ľ 1709, Werkstoffhandbuch a Metals Hand book. 8 V zátvorkách uvádzané druhy sa v Európe nepoužívajú a nie sú normalizované. j □ r5P F6450 16 / 38 Konstantan 0,8 col cm sic "C 0.7 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 \Cu Ni\ -2 45 m 1 1 1 \CuNi\ 0,8 9 1 oe 1 1 */ 0,4 0,2 0 1 \ \ \ J— / \ /i \ \ -i»,^ ,--] Yi 1 N^ i \ 1 N 1 0 20 40 60 80 100'i ÍCu) mNi IM) Obr. 6,3-2. Závislost tepelnej vodivosti X pri 20 — 200 °C °Dr- 6,3-3. Závislost merného elektrického odporu q zliatin CuM od obsahu M mm (vo váh. %). a jeho súíinitera ß = i . 1» zliatin 'CuM od obsahu Q aT m mm (vo váh. %). □ S1 ~ F6450 17 / 38 Titan WO 200 300 400 500 600 fflfflHj 800 Obr. 7,2-18. Rozpustnost vodíka m v titáne v závislosti od tlaku H„pri rôznych teplotách T (izotermy podla Sievertsa). o--------o--------o: sorpcia; x —x —x:i 18 / 38 atomu plynu 10* atomů kovu 10 300 400 500 600 800 1000 2000'C Obr. 3,5-6. Závislost rozpustnosti (C) vodíka v tantale a v iných kovoch od teploty T (posri obr. 4,2-5,- 5,2-10, 7,1-7). F6450 19 / 38 Kovářové slitiny y ■ // // / / / z—*^— -Ar3 V 200 m 600 mu ---------- T f"íl Obr. 6,1-9. Priebeh rozťahovania pře zátavy do skla nevhodnej (nezvratnej) zliatiny ľeNiCo (52/24/24) pri ochladzovaní (-------) a novom ohreve (---------------): v bode Ars nastáva pri ochladzovaní premena štruktúry z fázy y na fázu a, ktorá má ovela väčšieho súčiniteľa rozťažnosti ako sklo ( — . — . — . — ), ktoré bolo svojím súčiniteľom rozťažnosti prispôsobené pôvodnej fáze y zliatiny FeNiCo. Pri ohreve zliatiny nad bod Ae sa síce premení do fázy y, avšak pri ochladzovaní na teplotu okolia sa" táto opätovne premení na fázu a, takže priebeh rozťažnosti je vždy nezvratný (pozri Espe U]). m soo T[°C) Obr. 6,1-10. Priebeh rozťahovania pre zátavy do skla vhodnej (zvratnej) zliatiny FelílCo (54/28/17,5), pri ktorej na rozdiel od zliatiny podlá obr. 6,1-9 bol bod Ár znížený podstatne pod teplotu okolia znížením obsahu kobaltu: žíháním pri vysokej teplote raz nadobudnutý stav y sa zachová at pri ochladení na normálnu teplotu i počas ďalšieho ohrievania. Priebeh rozťahovania tejto kovarovej zliatiny na zátavy je a ostáva zvratný, pokiaľ sa zliatina ne-ochladí pod —100 °C. Avšak aj vtedy môžeme zliatinu dokonale previesť späť do fázy y ohrevom nad 800 °C. Podobné zliatiny môžu byt bezchybne za-tavované do skla, ktorého súčiniteľ rozťažnosti je prispôsobený íáze y (napr. sklo „Cornina 7052", krivka —. — . — ). *K)~3 1 KOlřC 1 i i i 7 i li \ Corning f \ 7ĎŠV j i 1 í i w — BTHCW *|t í / lil j r i t ^ 2. '"'tlila K L /4 i ¥" 1 / [ / y ^ 4 / S\ v */ '/' 0 T["C] Obr. 6,1-14. Krivky roztažnosti zliatiny FeNi 42 bez kobaltu (58% Fe, 42% Ni), zliatiny FeNiCo kovar 12 (54% Fe, 29 % M, 18 % Co) a tomato uspôsobeného skla pre zatavovanie (Corning 7060), ako aj zliatiny FeNiCo kovar A, prip. Nilo K a dvoch týmto prispôsobených skiel (BTH C 40 a Osram 756b). □ ► 4 S F6450 21 / 38 ■MraA O Korar -Ková \w /' / / / / l/sram Joľa 1 / / y t/ / _^_ s / /^T / ' :" / Corning 70W f ; r^ . , / Á // / // , Kovar / 'M / J 4 / 1 Kot/ar J ^ // /. •' / / / /' Kovar / J 'ť 7 \ '..-" '/' 1 1 1 4 VA // ä Á \ / 'Corn mg '/ 7W( »yneX; / ^ /' /} ____ # £ M -J Sá W/\ \ ____L \ 1 1 ------- t M Obr. 6,1-15. Krivky rozťažnosti niektorých obchodných kovářových zliatin po vyžíhant (Vacuumsohmelze, Stupa- koff) a niektorých skiel pre zátavy s kovarom (Corning Glass Works 7052 a 7740). Pre porovnanie sú uvedene dve sklá pre zátavy s volfrámom (Osram 362a a Corning 7720), ako aj tvrdé sklo Pyrex. 22 / 38 30. S ^ 2S 33 S fí 5 f m m sa? m m srn O br. 6,1-16. Rozptyl kriviek roztažnosti rovnakej obehodnej zliatiny FeNlCo pre zátavy z rôznych šarži metalurgickej výrobne (Henry Wiggin [1]). □ s1 23 / 38 Fe Cr Obr. 6,1-23. Závislost súčinitela teplotnej lineárnej rozťažnosti am medzi 0 a 100 "C (pozri Vacuum-schmelze Hanau) a medzi 20 a 400 °C (pozri Partridge) zliatin CrFe od obsahu chrómu mCr, □ s1 24 / 38 7 ¥5 ME I (xy ^ n,í. f J^* .""f -->" ...--' /"ľ 1 ,/' \/ .--'"ľ 200 400 600 800 1000 120C — T ['C] Obr. 6,1-35. Priznačné krivky roztažnosti pre zliatiny chrómželeza (schematicky, pozri Rose [1]). (Plná krivka: fáza a; čiarkovaná: fáza y.) I: stabilná zliatina FeCr s 28% Cr a reverzibilnou krivkou roztažnosti bez bodu zvratu a nepravidelnosti napriek ohrevu na 1200 °C: súčiniteľ rozťažnosti «25^500 = (108-110). 10-' . 1/"C; II: nestabilná zliatina FeCr s 28% Cr ( + 0,12% C + 0,15% N2 + 0,30% Ni): pri ohreve nad 1150 «C nastane premenou fázy a na fázu 7 značne stabilná fáza austenitická, ktorá sa nedá previesť pri bežnom ochladení na -185 "C nazad do feritickej fázy a; preto zliatina po ohreve nad 1200 °C nadobudne väčšieho súčinitela roztažnosti fázy -/(« , ■_ až do 120 . 10-'. 1/°C); III: nestabilná zliatina FeCr so 17% Cr (bez ďalších prísad): krivka roztažnosti vykazuje°počas ohrevu pri 800 »C nepravidelnosť vyvolanú premenou zliatiny z fázy a na fázu y; pri ochladzovaní však spätná premena z fázy ■> na a prebieha až medzi 350-200 °C, čo spôsobuje (pri zatavovanf do skla v tomto teplotnom rezsahu neúnosnú) nepravidelnosť v roztažnosti. Hg T V m ľ p m T p n» °C tor g/cm2 sek °c tor g/cm2 sek °C Atm g/cm1 sek -1801 2 . 10-27 XO-28 48 1 . 10-2 4,6 . 10-4 400 2 - 782 10-11 10-13 82 1 . 10-1 4,4 . 10-3 450 4,3 -38,93 2,5.10-« 1,3 . 10-' 128 1 4,1 . ÍO-2 500 1~ 8 -23,9 1 . io-5 5,2 . 10-7 200 17 6,5 . 10-1 600 22 -5,5 1 . io-4 5,5 . 10-« 300 246 800 86-102 18 1 . ío-3 4,8 . 10-5 356,7 760 1 Približná teplota tekutého vzduchu. 2 Približná teplota suchého ľadu (C02) v acetóne. 3 Bod tavenia Hg. F6450 26 / 38 c □ g - F6450 27 / 38 a P2 TDPT tip Al 120(41 Fe 15(U.Al b PN 15/ií.Al nOfiiFe 15 Teplota (°C) pre p ~ 10-' torov 10-s torov j 10-' torov Bi Cd In P Pb Sb Sn Zn 271 321 157 5931 328 630 232 419 350 95 520 360 340 640 140 400 120 590 420 395 730 175 474 148 667 2 483 466 823 211 1 Pre bielu (žltú) modifikáciu: 44,1 °C 2 Pre fialovú (kovovú) modifikáciu P: 10-2 torov pri 195 °C, 10-1 torov pri 220 "C. □ 9 - = -g OQ.O F6450 36 / 38 Zloženie (váhové %) If Bod tavenia °C Pozri Vhodné na spájkovanie Nevhodné na spájkovanie Ta fólia R 2996 W-W7 Nb Eh R R 2500 1970 vysoko zaťažený W alebo Mo W, Mo Zr, duktilný Pt R R 1860 1770 vysoko zaťažený W alebo Mo W, Mo do 1500 °C Ni (99%) R 1450 W, Mo do 1250 °C m Mo (53,5/46,5)3 E 13203 Mo, Pe CuM (55/45)8 A 1300(liq) obr. 9,3-40 W, Mo CuNi (75/25) A 1205(liq) obr. 9,3-40 W, Mo AgPt (73/27) Cu R 1185 (sol) 1084 W, Mo Pe, kovar, monel kovar W, Mo* Cu + W + prášok V 1084 ako spájka z öistej Cu PtSn (70/30) E 1072 Au R 1063 obr. 4,5-2 Mo mriežka CuAu (70/30) CuAuNi (62/35/3)19 A 980 [1010]18 980 [1025]18 obr. 9,3-37 Pe, Cu, kovar W, Mo súčiastky elektrónok NiMn (43/57) M calOOO Ti s inými kovmi CuSi (97/3) Ag Ag + W-prášok10 A R V 970 1025 960 obr. 9,3-41 Cu na Cu Pe a Ni s náhradnou vrstvou spájky ako spájka z čistého Ag W, Mo AuNi (82/18) M 950 obr. 9,3-38 W, Mo CuSnAg (85/8/7) 946 [985]18 Cu, kovar S M | M | ► 1 -00,0 F6450 37 / 38 Zloženie (váhové %) ~7k] II Bod tavenia °C Postí: Vhodné na spájkovanie Hevhodaé na spájkovanie AgCuSn (59/31/10) 720 [740]18 714 [751]18 20 CuP (91,6/8,4) E obr. 9,3-36 Cu13 Fe, zliatiny-Pe, Ni, Mo, W Agln (80/20) 693 AgCuln (63/27/10) AgCuSn (53/32/15) 685 [710]18 670 [700]18 640 [704]18 pre stupňové spájkovanie v elektrónkach 20 CuAgP (80/15/5)5 Cu-Cu13 Pe, zliatiny-Pe,Ni,Mo W AgCdZnCu (50/18/16,ö/lö,5)6 627 [635]18 14 AgCuSn (42/33/25) 600 [630]18 20 Áuln (80/20)2 550/630 Au D 450-500 tab. 9,3-10 Cu a poměděné čiastky PbAg (98/2) CdZnAg (78,4/16,6/5) E 304 280 [305]18 Cu-Cu14 najmä lamelové chladiče na Cu vonkajšej anódy 14 Sn R 232 Cu, Pt, IV« SnAg (89/11) 221 16 SnPb (63/37) In E 183 156 na predbežné pocínovanie Cu14 17 SnPbGd (50/25/25) 150 pre postriebrené plochy skla14-16 □ s