Kovy ve vakuové technice • ocel • AI a AI slitiny • Cu a Cu slitiny • Ti • Kovar Hg • ... • Spojování Vakuová fyzika 2 cm3(NTP) í r 1 1 | 1 1 500 1000 1500 2000 WC) Obr. 6.1. Závislost množství vodíku (v cm3 při normálním tlaku) rozpuštěného v 100 g kovu na teplotě (podle Waldschmidta a kol., 1954) 1 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 i -oo,o Vakuová fyzika 2 2/40 Tab. 6.1. Hlavni charakteristiky materiálů týkající se odplyřlováni Od plynováni Materiál ve vakuu Poznámka ve vodíku teplota doba teplota doba í°c) w (°c) (min) wolfram -1800 S - 10 1100-1400 2-5 wolframově katody ss (dráty, tyče) neodplyňuji v peci molybden 900- 950 1000-1200 30 tantal 1000-1 500 není dovoleno ve vodíku kfehne platina 900-1000 ve vzduchu 600- S00 950 5-10 nikl a jeho 700- 950 »0,5 950-1050 teplota závisi slitiny bez na tvaru materiálu obsahu mědi Železo a jeho 900-1000 >1 ve vysoce čistém vodíku slitiny bez 800-1000 »2 obsahu mědi, nerezavějící ocel méďa její slitiny 500- 550 nedoporučuje se slitiny zinku a cínu (např. bez obsahu zinku mosaz) se v peci BCÍnu neodplyňuji grafit a grar závisí na druhu není dovoleno ve vodíkové atmosféře filované kovy kovu i ČÍSty grafit pfí 1 200-1800 se tvoři uhlovodíky wolfram a nikl 950 15 s povlakem kys- ličníku chrómu 2_ 2J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 198i - í OQ.O Vakuová fyzika 2 __3/40 > v \ v \ > \ \ > \\ N \ \ \ \ \v \\| < \\ N< \v V\ N 0,1 1 10 100 r (h) Obr. 6.2. Proud uvolňovaného plynu z jednotky povrchu kovu a skla (/, dcJ v závislosti na době během níž byl materiál vložen do vakua (podle R. Henryho, i 969). Nerezavějící ocel X18H10 při 670 K (plné křivky): 1 — neopracovaná, mořená: 2 — mechanicky leštěná, mořená: i - 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. Borokřemičitč 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 3 3J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1983? ► < i ► < a ► 1 ■oo.P Vakuová fyzika 2 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 Vakuová fyzika 2 5/40 Vlastnosti najdSUi&itejHch austeniiických chrómnildových ocelí fis. vtfroby (Póídina huť) Dru li otelí AK V X A K V S AKL AKT AKV j Extra : AKO K AK 9 Hustota 7,85-7,0 ca 8,0 KajväĎäia prevádzková teplota '°c 401) 800 400 400 800 (000) (600) (600) Pevnosť v ťahu7 kg/mm' j 65 65 | 35 65 65 70 55 65 Ťažnosť7 % 55 45 52 50 35 - 40 35 Medza tečenia7 kg/mm 2 25 28 20 27 30 35 24 25 Kontrakcia,' % 00 60 63 80 60 55 05 65 30 Vrubová hňÍJ'vnaioM'.' kg. m 30 25 30 20 15 30 BriiieOova tvrdosť7 kg/mma 185 | 185 155 185 195 - 185 Erich&enova skúška,7 mm 13 | 11 14 12 ■ 11 - Merné teplo pri 20 "0 ea 0,12 Tepelná vodivosť (30 -C) 0,035-0,05 Súí-. lin. rozťažnosti pri: 20-100°C pri: 20-500 "C 10-'1/°C 150 150 150 150 150 . 130 j 145 170 10-'xl/aC 180 180 180 180 180 : 150 j 173 185 Magn. vlastnosti nemagn. (/i = 1,001—1,04) Giieiriiuky odoláva HNOa . HNOs; HK03; HaŠ04 HC1 HaS04 HC1 (nie proti HN0S) Dodáva sa v tvare s i* = Výkovky. » Plechv. 1 Zvaranň riiry, ä BczoSvovůrurK. 4 Drôt, ' Vo vyí.Ihanom stave, 4_ 4W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 6/40 ■ ......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' 5 5firemnf mat. Pfeiffer Vakuová fyzika 2 7/40 Nerezavějící ocele používané ve vak.technice AISI Cr % Ni % C % M n % Si % M o % ostatní 302 17-19 8-10 0.15 max.2 max.l - - 304 18-20 8-12 0.08 max.2 max.l - - 304 L 18-20 8-12 0.03 max.2 max.l - - 316 16-18 10-14 0.08 max.2 max.l 2-3 - 316L 16-18 10-14 0.03 max.2 max.l 2-3 - 321 17-19 9-12 0.08 max.2 max.l - Ti 347 17-19 9-13 0.08 max.2 max.l - Nb+Ta 348 17-19 9-13 0.08 max.2 max.l - Nb+Ta Vakuová fyzika 2 8/40 AI a AI slitiny Čistý AI 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. Vakuová fyzika 2 9/40 Používají se následující třídy hliníkových materiálů: • 2000 - nesvařitelné, vytvrditelné za tepla, dobrá pevnost; použití na komponenty; duralové slitiny (AlCuMg), • 3000 - slitiny AlMn, 5000 - svařitelné, nevytvrditelné, • 6000 - svařitelné (musí se ještě ale tepelně upravit), vytvrditelné za tepla. Slitiny AlMgSi, • 7000 - svařitelné, vytvrditelné za tepla; slitiny AIZnMg, • 7075 - nejpevnější hliníková slitin Vakuová fyzika 2 10 / 40 AI slitiny - svařitelné slitina Cu % Si % Mg % Cr% 4043 - 5 - - 5052 - - 2.5 0.25 6061 0.25 0.6 1.0 0.2 Vakuová fyzika 2 11 / 40 Příklad používaných materiálů Gate valve VAT Series 08 Material • Valve body • DN 50 - EN AW-6082 • DN 63-100 - EN AW-5083 • Mechanizm • DN 50 - AISI 301 • DN 63-100 AISI 304 4 □ ► 4 (5? ► 4 Vakuová fyzika 2 Cu a Cu slitiny Druhy medi Cu + Ag 0 Obsah p y % s Zn Hg Poznámku OdkyaĽčená meď ž 99,90 _ 0,025 odtyaličená prísa- dou fosforu do , taveniny Meď Lake ž 99,90 _ _ _ _ obsah Ag asi 0,003% (= 10oz/t) Elektrolytická meď ETPC> ä 99,90 (>0,04) (0,003) (0,03) — — neobsahuje Ag Meď OFHC II. ž 99,92 < 0,001 0,0003 < 0,004 — _ akúška na ohyb bez kyslíka2 Meď OFHC I. S 99,96 0,0000 0,0000 < 0,004 0,0003 0,0001 skúška na ohyb bez kyslíka3 ^ 10x Meď bez plynov, ä 99,993 0,0000 0,0000 á 0,0001 _. — tavená a odliata wsoko čistá vo vákuu 1 Druh: -Electrolytic rough pitch copper. 1 Druh: Oxygen /ree Aigh Conductivity „regular" podia ASTM Ěpee. B 170-47 {stopy Cu.fi aú nedokázateľné v mikroskope pri zväŕäcni 75x>. 3 Druh.: Oxygen /ree Aiah Conductivity ,,certified" (stopy Cu.,0 aů nezistitelnó v mikroskope při zvňířbní 200 x). " Druh: t/as free high purity. Výrobca: American Metal Corp. 6_ 6W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 13/40 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Bratislava 1960 š -00.0 Vakuová fyzika 2 Označenie Obsah % (!u j Sn | r j Pb _re Zn Sb Fosforový bronz 1 > 98,5 1,0=1,5 stopa Fosforový bronz 5 zvyšok 3,5—5,8 0,03-7-0,035 < 0,05 <0,1 < 0,30 (< 0,0i)1 Bronz na valcovanie "WBz 6 podľa DIN 1705 • 94 : ■- 6 « 0,2) 4 4 i Fosforový bronz 8 92 i 7,0=9,0 0,03=0,35 < 0,05 < 0,10 < 0,20 K o,oi)' Fosforový bronz 10 = 90 9,0-r-ll,0 0,03=0,25 < 0,05 < 0,10 < 0,2 < 0,20 K 0,0i)1 Bronz na zlievanie GBz 14 86 ± 1 14 ± 1 < 1,0 < 0,23 Bronz na zlievanie GBz 20 80 ± 2 20 ± 2 < 1,0 < 0,3 < 0,23 1 Sb sa prisádza. len pre plechy. a Obsah Zn = 1% včítane obsahu vietkých ostatných znečisteniu (Pb, Sb, Fe, Mn, Bi; Al, Mir, S, As). » Ostatné znečistentny [v %) podľa B IN 1705 : Mn < 0,2; Ui < 0,01; Al < 0,01; Mg < 0,01; As < 0,15 (ľíi < 0,5, v prípade potreby max. 1 % Ni). *) Pre vákuovú techniku 0,01 aj menej. 9_ 9W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 16 / 40 Mosaz Obsah asi % Symbol Označená ("v Ľ SA) Zloženie % ÍL Im ii i- použitie Cn Zn Pb | Ftt | Ostatné 95 *" x' 0 200 400 600 800 1000 120C — T [t] Obľ. 6,1-3.'). PrizncřTii"- km ky raaťňiiio-tl pre zliatiny ilirrimr'elei.i istiieniatlcjcv, pozri ľ, jft 'í'), (ťlná krivka: fáza a; riarkovaná: fáza •/.) I: BtaMna zliatina VtCi a 23% Cr a reverzibilnou krivkou rozťažnosti bez bodu zvratu a nepravidelnosti napriek ohrevu na 1200 UC;: súčiniteľ rozťažnosti . 5(JB = (108-110). 10-1.l/'C; ii: nestabilná zliatina FeCr s 28% Gr (+0,12% C -I- (1,15% Sa + 0,30% Nl): pri ohreve nad 1150 °C nastane premenou fázy rj na fám ■/ /.načne stabilná fáza aiiatetutická, kt'H-ii su nedá previesť r'r í bežnom ochladení na —185 °C nazad do feritinkej fázy a; pret-j /liatinu po ohreve nad 1200 "O nadobudne väcňicfio auŕtcitela rozťažnosti fázy ľ(«rS.:.BM aä do 120 - tO-1 ■ l/"1"); iii: neacatiilná zliatina FeCv so 17% ťr (bez dalSíp-h prísad): krivka rostaí.nosti vykazuje poiaa ohrevu pri 300 "V nepravidelnost vyvolá u ň premenou zliatiny z fázy a na ľäzu y; pri ochladzovaní však Bpitná premena r. ľásy ■; na a prebieha až medzí jSO — 200 "C, ni spôsobuje (pri salavovaní do skla v tomto teplotnom wzaahu neúnosnú.) nepra vid e Inou í v rozťažnosti. 19__ 19W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 26 / Hg r v m ľ V m T V m °o tor g/cm2 sek °c tor g/cm2 sek »0 Atm g/cm1 sek -1801 2 .10-" io-28 48 1 . 10-2 4,6.10-4 400 2 - 78s 10-" 10-13 82 1 . io-1 4,4. 10-3 450 4,3 -38,9s 2,5.10-« 1,3 . 10-' 128 1 4,1 . IO-2 500 74-8 -23,9 1 . 10-6 5,2 . 10-' 200 17 6,5 . IO-1 600 22 -5,5 1 . io-4 5,5 . 10-« 300 246 800 86-102 18 1 . io-3 4,8 . 10-5 356,7 760 1 Približná teplota tekutého vzduchu. 1 Približná teplota suchého lada (CO.) v acetóne. 3 Bod tavenia Hr. 20 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Bratislava 1960 27 / 40 Vakuová fyzika 2 a p2 mm—má k^m \ tdpt KOpFe ^HHHf 15r. 9,3-40 obr. 9,3-40 obr. 4,5-2 obr. 9,3-37 W-Wf vysoko zaťažený W alebo Mo W, Mo vysoko zaťažený W alebo Mo W, Mo do 1500 °0 W, Mo do 1250 °C Mo, Pe ' W, Mo W, Mo W, Mo ífe, kovar, monel ako apájka a Čistej Cu Mo mriežka Fn, Cu, kovar a Ni s náhradnou vrstvou epájky ) apájka z óistélio As kovar W, Mo* W, Mo Cu, kovac 29 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 Zloženie (váhové %) ■2% 11 Bod tavenia "C Poiri: Vhodné na spájkovanie Nevhod** na spájkovanie AgCuSn (59/31/10) 720 [740]» 714 20 CuP (91,6/8,4) E obr. 9,3-36 Cu13 Ee, zliatiny- [751]» Fc, Ni, Mo, W Agln (80/20) 693 AgCuln (63/27/10) 685 pre stupňové spájkovanie [710]" v elektrónkach AgCuSn (63/32/15) 670 20 [700]» CuAgP (80/15/5)» 640 Cu-Cu" Fe, zliatiny- £704]" Ee, Ni, Mo W AgCdZnCu 627 u (50/18/16,5/15,5)" [635]» AgCuSn (42/33/25) 600 [630]» 20 Áuln (80/20)8 550/630 Au D 450-600 tab. 9,310 Cu a pomedené čiastky PbAg (98/2) E 304 Cu-Cu1* najmä lamelové ehladifte na Cu vonkajšej anódy CdZnAg 280 14 (78,4/16,6/5) [305]" Sn R 232 Cu, Pt, Eb» SnAg (89/11) 221 SnPb (63/37) E 183 na predbežné pocínovanie Cu14 In 156 17 SnPbCd (50/25/25) 150 pre postriebrené plochy skla"-" 30_ 30W. Espe: Technológia hmôt vákuovej techniky, Bratislava 1960 i ► < S ► i -O0.O Vákuová fyzika 2 38 / 40 Další materiály • bariérové vrstvy např. Ti N pro H2 • Mu - metal • stínění magnetického pole • složení: 77% Ni, 16% Fe, 5 %Cu, 2% Cr nebo Mo • Beriliová měď - Cu + 2% Be • superslitiny - např. Inconel 625 (58 % Ni, 23% Cr, Mo, Nb, Co, Mn, AI, Ti, Si, C, S, P) - , MKS - Baratron Vakuová fyzika 2 39 / 40 Desorpční proud z odplyněných materiálů materiál odplynení (10-11 Pa m/s) dural 20 h pri 100 °C 5.3 6061 dural výboj 200 °C 1.3 Cu-OFHC 24 h pri 250 °C 0.181 Cr(0.5 %)-Cu(99.5 %) 24 h pri 250 °C 0.357 AISI 304 30 h pri 250 °C 400 AISI 316L 2 h pri 800 °C 46 F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) 40 / 40 Vakuová fyzika 2