Materiály pro vakuové aparatury • nízká tenze par • malá desorpce plynu • tepelná odolnost (odplyňování) • mechanické vlastnosti • způsoby opracování a spojování • elektrické a chemické vlastnosti Vakuová fyzika 2 1 / 44 Pressure (Torr) Cast iron, copper or aluminum Rolled copper or alloys Nickel and alloys Aluminum good good good good gLH'KÍ good good good good good good only after degassing good good only after degassitg only stainless steels only after only OFHC degassing copper good Rubbers Plastics good good good good nood good good good good with degassing only with vitreous coaling only after strong degassing good only degassed bad only special types only thick-walled only special types not recommended only Teflon, not recom-A raid iie mended 1_ 1A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 < i ► i ono 2/44 Vakuová fyzika 2 -7 ' 300 260 260 lid 220 200 110 4/1 4j. Konstantan • ÍFeMCr I (78/3) -Ni 741/070 ' o; Pd-=^'h M Haste/by „. -CrFe 27/73 pJ.—=-Fel/i59/S0 'ra—m Mo—\ W— \ Kovar \ Grafit Kovy 2W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akätlémia vied= BraEsla^ERO Vakuová fyzika 2 \6ralll-Hi ■ WMo Ja Crfe (30/70) n luft. % ár W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 4 □ ► 4 fiP ► 4 1 ► 4 Š ► f *D^O Vákuová fyzika 2 ■ ......1 ' 1....... tr'fí j if:if ■ Stainless steel blank cleaned 2.7 10 7 5.4 ■ 10"8 2.7 10s Stainless steel polished cleaned 2 Wa 4 10» 2 10'° Stainless steel pickled heated for 1 hour. 1.4 10s 2.8 ■ 10-10 1.4 • 10™ Stainless steel bead blasted vented with normal air 3 10" 6.5- 10" 4 10" Steel Ni plated polished cleaned 2 ■ 10-' 1.5 10"» 5 10s Steel Cr plated polished cleaned 1.3- 10-$ 2.2 ■ 10-9 • ? 10 •• Steel rusted 6 10-' 1.6 10-' 1 10' Steel blank cleaned 5 ■ 10-' 1 ■ 10 ' 5 10B Steel bead blasted cleaned 4 10-' 8 10s 3.8 10B Aluminium cleaned 6 ■ 10* 1.7 ■ 10-8 1.1 10 = Brass cleaned 1.6 10» 5.6- 10' 4 10' Copper cleaned 3.5 ■ 10-7 9.5- 10-8 5.5 10-8 Porcelain glazed 8.7 ■ 10-7 4 10-' 2.8 10-' Glass cleaned 4.5 10-' 1.1 10s 5.5 10,c' Acrylic glass 1.6- 10s 5.6 ■ 107 4 10"' Neoprene 4 ■ 10-5 2.2- 10* 1.5 10 s Perbunan 4 10-» 1.7 10-6 1.3 10-« Viton 1.2 10-6 3.6-10-' 2.2 10-' Viton heated for 4 hours at 100 °C 1.2 10' 5-10» 2.8 10s Viton heated for 4 hours at 150 "C 1.2 10s 3.3- 10'» 2.5 10 " Teflon degassed 8 ■ 10-' 2.3 10-' 1.5 10' 4firemnf mat. Pfeiffer Vakuová fyzika 2 5/44 Pevnost I--0 — I Material Cylinders End plates Hemisphe rical Djh L J D Rlh2 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 50O°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 (Tyson) 3.7 2.1 — — — Perspex — — 30 — — Mica — — 58 15 — 5A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 6/44 Válec, Di ~ D = 25 cm, T = 20 °C h[mm] hi[mm] í[mm] Cu 3 5 0.33 AI 3.6 6.76 0.12 nerezová ocel 2.4 2.81 0.93 tvrdé sklo 3.6 15.6 0.13 teflon 20.8 17.9 1.88 Vakuová fyzika 2 7/44 nízká tenze par malá desorpce plynu křehké elektrický izolant chemicky odolné svařovaní a tvarování za tepla vznik pnutí - temperování • sklotvorné složky S/O2 , B2O3 , P2O5 • A/320 , CaO - snižuje tavící teplotu • AI2O3 , ZnOi - zvyšuje chemickou netečnost • K20 • BaO • PbO • MgO Vakuová fyzika 2 ___9/ Tab. 6.2. Přehled skel a jejich některých vlastnosti (podle W. Espeho a kol.) Sklo křemičité (lavený Si02) velmi tvrdé (borokřemičité bez alkálií) tvrdé (borokřcmiěité) olovnaté (olovriato-křemičité) měkké (alkalicko-vápcnato-křemicité) •) > M.O, b) bez AljOj BA 5-23". > 10% AljOj 3-25°,. <5% <»% a) 0 b) l-5"/„ Na,O + K20 95% zbytek zbytek zbytek zbytek « pc)-' ') (0,55-0,65). 10" (3-6). 10" (3.5-6). ÍO-6 (8-9). 10 ' a) (6,8-9,5). 10-» b) (8-11). 10" r* pc)') 990-1 040 450 - 700 430 - 540 400 - 450 a) 450-500 b) 40 - 480 ^ (=c) ') 1 140 490-730 470 - 590 430 - 480 a) 480 - 540 b) 430-510 ^ PC) ') 1 100 470-720 450-570 410-470 a) 470-530 b) 410-500 T. (°C) ') 1 600 700 - 950 690 - 780 580-650 490-750 Mčrný odpor I0'7-10" 10'" 10'"- 10'" 10" a) 1(1" Bw-c (»cm) b) 10" Měrná tepelná vodivost 0,013-0,026 0,01 0.013 0,08 0,01 x(Jcm_1s-1K~ Měrné teplo (Jg-K"') 0,8-1,26 0,4- -1,7 6_ 6J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1983; Vakuová fyzika 2 10 / 44 sklo ľe siaru křehkém <*20K 50-150 X. loznem tekutém ÍSmín oblast ( odskleněni oblast , i \chhzeni ( lí(urolněni pnuti) oblost smočení kovu a natovovóni oblast i i zpracovaní Obr. 6.3. Závislost koeficientu viskozity skla na teplotě rch - dolní chladicí teplota (při níž mizí napětí během 4 h); Tc'h — horní chladicí teplota (při níž vymizí napětí za 15 min); 7^0 — transformační teplota (začátek vzrůstu součinitele teplotní roztažnosti a změn dalších vlastností); TM — bod měknutí (určuje se dilatometricky); TM+ - bod měknutí (podle Littletona); 7_ 7J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL Vakuová fyzika 2 Praha 1981 11 / 44 ä íif la) (b) W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 inufli < i ► i -OQ.O Vakuová fyzika 2 12 / 44 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 14 / 44 Vakuová fyzika 2 «.*7 cm 30 A' \ uo r •T Obr. 10-258. Závislost relatívnej tepelnej rozťažnosti Al/l0 od teploty T (krivky priebehu rozCažnoBti) tyčinky boritého skla po rôznom tepelnom spracovaní. a — nevychhulené tklo; b — vyehliderie sklo pri 450 "O, potom ochladzovaní rýchlaslou 2 "C/min: e — vychladení pri 450 "C, potom ochladzované T obiutl «50 —300 °C rýchlotton 0,6 "C/mln, v obtaatl pod 300 °C rýchloitou 2 "C/mln (polri Dale (3|). Vakuová fyzika 2 16 / 44 13 13W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 inufli < i ► i -o 0,0 Vakuová fyzika 2 Skla Corning Vakuová fyzika 2 18 / 44 CF 15 firemní mat. Caburn Vakuová fyzika 2 19 / 44 ISI KF firemní mat. Caburn Vakuová fyzika 2 20 / 44 Orb. 11-19 A. K zatavovaniu okienok z kre menného skla do baniek ■/. tvrdého skla. 17 7W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 inufli < i ► i -OQ.O Vakuová fyzika 2 Obr. 10-120 B. Meranie hrúbky steny sklených trubíc (podľa Wittwera). / — sklenená rúrka ležiaca na bielom papieri; 2 — piisik čierneho papiera zasunutý pod rúrkou šikmo k jej osi; 3 — meradlo.>po-ložené na rúrku na zmeranie hrúbky steny S, 18_ 18W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 22 / 44 Použití: • osvětlovací technika • manometry • elektrické průchodky • obrazovky • okénka do reaktoru • elektronky • speciální kalibrační lampy Keramika • nízká tenze par • malá desorpce plynu • velká pevnost • elektrický izolant • chemická odolnost • velká tepelná odolnost (vyšší teplota pro odplynení) • žádné pnutí • změna rozměrů při výrobě Vakuová fyzika 2 Složení: • AI2O3 - max teplota ve vakuu 1800 °C • MgO - max teplota ve vakuu 1600 °C • ZrC>2 - max teplota ve vakuu 1700 °C • BeO - max teplota ve vakuu 2000 °C • ThC>2 - max teplota ve vakuu > 2300 °C Vakuová fyzika 2 Vakuová fyzika 2 26 / 44 1 Zloŕ.enie východiskových surovín váh. % Rozbor pozri rút o tab.,pol.2 fl: 2 pozri tab. 12-19, váh.% talk.: 3 pozri tab. 12-19, pol. 2 2 Roabor Ala03 . (druh Norton 38 900) váh. % Si02: 0,04 ľeaO3:0,01 NaäO: 0,05 CaO: 0,00 MgO: 0,00 A1,03: (zvvsok): 99,90 3 Vypalovaeia teplota (vo vodíkovej peci) °0 1775 4 Merná váha g/om* 3,ô 5 Povnosť v ohybe kg/mm8 17,5-21 6 Súcinitel rozťažnosti 25—300 °C 10-'1/°C asi 78,5 (pozri a.j obľ. 12-40) 7 Merný elektrický odpor íl . cm pozri obr. 12-39 S 9 Hodnota Tt "C aai 900" l.tick'k'ľi'ká- konštanta e (1010 Hz) - 8,2-8,6 10 Diekktrickv stratový uhol tgí (10BHz) (10» Ha) - asi 4 . 10-1 ,j_8 . 10-4 20_ 20W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 27 / 44 Vakuová fyzika 2 21_ 21W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 inufli < i ► i -OQ.O Vakuová fyzika 2 28 / 44 Vú 150 £00 250 300 400 500 £00 Obr. 12-18 A. Závislost merného elektrického odporu o niekoľkveli ohehodnýcli dniliov keramiky od teploty T. I — itvcuvý porcelán (Almami* 11 338): á — normálny Bďnlii AlsiiruiK !Í8: J — alrk'JiľJi > mulit Aluianox 2570; 4 — pri-rudný aluirm.sílikůt Láva A; J — Nul nu kiTuuilku í vysukýiu i>lj*ih<>ni \1,<), Almaiinx lidllil; ti — purovilá keramika s vy. «okým ohsahom A 1,0, Al"lruim 3B3; 7 — prírodný lioruŕuať. silikát Alsiman Lovn 1130: S — hutná keramika s vysokým olioahiMu A!.O, Alsiuum 014; W — fursii-nr \Iiíiii,iľ 11l'n [Hinivnaiiii*: i orniim 0121); B — pyrexnvé nkli> ľurnliig 7740: C — soduiivur*iiaii'- MJO ľorril"? 1000 2) Hlinitokremičitan i Alsimag 652) (hlinitokreniičitá keramika) > 1000 2) Torsteritv (Alsimas 243) (FrcquotiU M) >1000 >1000 a) 23_ 23W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 30 / 44 Vakuová fyzika 2 — 2 ' \ \ n2 w3 io4 io5 io6 io7 ios Hz ws -+-r Obr. 12-2.5. Závislosť dielektrickej konstanty s rôznych druhov keramiky pri normálnej teplote od frekvencie / (pozri Russell[l]); pozri aj tab. 12-12. i — ziríiónové porcelány; i? — normálny steatit; •? — vysokonapäťový porcelán; i — špeciálne steatity. lJre porovnanie: 5 — křemenné sklo. 24_ 24W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 - i -00.0 31 / 44 Vakuová fyzika 2 Vakuová fyzika 2 32 / 44 Zostavenie, ■ttrutovéko uhla tg ô (meraného m normálnej teploty pri 10* Hz) ■najdňhiitejších druhov kertmik pudla klesajúcich hodnťit Druh keramiky 10"4 Prírodná hornina Lava A (hlinitokremičitan} 100 Tvrdý porcelán, napr. drahú DIN 110 60 - 120 Cordierity pórovité (niinViTiiitl vody A ~ H,5%) 40-82 Cordierity hutné, napr. druh DIN 410 40-70 Zirkónový mulit 32 Hutné eteatity ako druh DIN 220 15-20 Steatity Alsimaj: 12-35 Zirkónový kremičitan 8-17 Forstcrit (Alsimag 24-3) 4 Keramiky s vysokým obsahom Al.,0., (Alsimag) 3-7 Špeciálny steatit druh DIN 221 3-5 Mastenec, Lava II36 (horečnaté kremičitany) 3 Horečnaté kremičitany, pórovité (Alsimag 222) 2-4 26_ 26W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadém 1960 Vakuová fyzika 2 ia vied, Bratislava 33 / 44 27W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 * -O^O 34 / 44 Vakuová fyzika 2 Vakuová fyzika 2 35 / 44 Vakuová fyzika 2 36 / 44 9 V 30 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 inufli < i ► i •ooo Vakuová fyzika 2 Použití • elektrické průchodky • elektrické izolátory • topné systémy • kalíšky pro depozici tenkých vrstev -AI2O3 - AI, Bi, Ge, In, Ni Vakuová fyzika 2 38 / 44 • torov (výrobca: High \>cuum Eqnipment Corp., Hinghi Manu., USA). 31_ 31W. Espe: Technológia hmôt vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratisla'6S>.C1 39 / 44 Vakuová fyzika 2 Sklokeramika • polykrystalický materiál, začátky 1968 • malá tepelná roztažnost, menší než u křemene • vysoká homogenita • tvrdost podobna jako borokřemičité sklo, dobře se leští • dobrá adheze vrstev • malá propustnost pro He • neporézní • dobrá chemická odolnost • výroba sklokeramických desek pro variče • výroba zrcadel pro dalekohledy, Keck I a II (10 m), VLT (8.2 m) ... Vakuová fyzika 2 40 / 44 32_ 32W.H.Kohl: Handbook of materials and techniques for vacuum devices, AIP Press 1995 4u*i&>ii><^> -t -00,0 vakuova fyzika 2 TABLE 2.24. Some Representative Gtou-Caramic Composition Fields* Glass Crystal phase* Catalyus MgO- Al2Oj •SiO, 2MgO-2Al20, 5Si02 Ti02 Li20. AljO, •Si02 Li20 • AI2Oj • 2Si02 Ti02 Li20 • Al203 • 4Si02 Ti02 Li20-Al2Oj-6Si02 Ti02 Li20 • Si02 Au, Ag, Cu, Pt Li20 • 2Si02 Au. Ag, Cu, Pi Na20 • BaO- Si02 BaO • 2Si02 Au, Ag, Cu, Pt •After Stookey and Maurer W.H.Kohl: Handbook of materials and techniques for vacuum devices, AIP Press 1995 i 0