Materiály pro vakuové aparatury nízká tenze par malá desorpce plynu tepelná odolnost (odplyňování) mechanické vlastnosti způsoby opracování a spojování elektrické a chemické vlastnosti Material Pressure (Torr) 760-1 l-lO-3 lO-3 —10-5 IO-5 — IO-7 10-7-10-ls Iron, steels good Cast iron, copper or good aluminum Rolled copper or alloys good Nickel and alloys good Aluminum good Glass, quartz good Ceramics good Mica good Rubbers good Plastics good good good good good good good good good good bad good only after degassing bad only after degassing good only special types good good only after degassing good good with degassing only with vitreous coating only after strong degassing only degassed had only stainless steels bad only OFHC copper good not recommended only thick-walled only special types not recommended bad only Teflon, not recom-Araldite mended A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 □ <3 Vakuová fyzika 2 = 2/44 70 op 300 260 260 240 220 200 180 760 HO 720 700 60 60 40 20 O Mg AI mm Ca * Konstdnfdn < Au- io% a1203 . 3-25°,, <5% <8% a) 0 b) 1-5% Na20 + K20 <10% 5-8% 13-15"/n CaO 5-15% PbO 20-35 sío2 >95% zbytek zbytek zbytek zbytek (0,55-0,65). 1(T6 (3-6). 10~6 (3,5-6). 10-6 (8-9). 10'6 a) (6,8-9,5). 10"6 b) (8-11). 10-6 Teh (°C) l) 990-1 040 450-700 430-540 400-450 a) 450-500 b) 40-480 r;h co l) 1 140 490-730 470-590 430-480 a) 480-540 b) 430-510 Tt (°C) ') 1 100 470-720 450-570 410-470 a) 470-530 bj 410-500 Tm (°C) •) 1 600 700-950 690-780 580-650 490-750 Měrný odpor e20«c (ílcm) 1017-1018 1018 10I4-1018 1017 a) 10'5 b) 1013 Měrná tepelná vodivost 0,013-0,026 0,01 0,013 0,08 0,01 xpcm^s^K-1 ) Měrné teplo 0,8-1,26 0,4- -1,7 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 10 / 44 10 16 TQ 10* 10'*5 JO12 1010 - 108 ■-107'6* fO( 10* 10* 10° sklo ve slávu křehkém tažném tekutém 4h 5» 15min f ' M obiasiv t odsklenem \~~iobiasi , i \chhzent lí(uvo/nent pnuří) oblast srnacení f kovu a natavovém i » oblast / / zpracován t Obr. 6.3. Závislost koeficientu viskozity skla na teplotě 7^h — dolní chladicí teplota (při níž mizí napětí během 4h); 7c'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); Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 12 / 44 I II W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 13 / 44 ^2 Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 14 / 44 Obr. 10-258. Závislost relatívnej tepelnej rozťažnosti á\\l0 od teploty T (krivky priebehu rozťažnosti) tyčinky boritého skla po rôznom tepelnom spracovaní. a — nevychladené sklo; b — vychladené sklo pri 450 °C, potom ochladzované rýchlo*tou S °C/min: e — vychladené pri 450 "C, potom ochladzované v oblasti 450—900 °C rýchlosťou 0,5 °C/mln, t oblasti pod 300 °C rýchkwíou £ °C/mJn (pozri Dal e Vakuová fyzika 2 15 / 44 Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 17 / 44 Skla Corning W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 □ g Vakuová fyzika 2 Vakuová fyzika 2 19 / 44 ISI KF 200°C maximum bakeout ■ Nominal length D is ± 3mm Nominal glass length 152 Nominal overall length firemní mat. Caburn Vakuová fyzika 2 □ ŕ5> 20 / 44 Rasofherm M Orb. 11-19 A. K zatavovaniu okienok z křemenného skla do baniek z tvrdého skla. W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 21 / 44 Obr. 10-120 B. Meranie hrúbky steny sklených trubíc (podľa Wittwera). 1 —sklenená rúrka ležiaca na bielom papieri; 2 — pásik čierneho papiera zasunutý pod rúrkou šikmo k jej osi; 3 — meradlopo-ložené na rúrku na zmeranie hrúbky steny S. W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 22 / 44 Použití: osvětlovací technika manometry elektrické průchodky obrazovky okénka do reaktorů elektronky speciální kalibrační lampy Vakuová fyzika 2 23 / 44 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 Složení: • AI2O3 - max. teplota ve vakuu 1800 °C • MgO - max. teplota ve vakuu 1600 °C • ZrO^ - max. teplota ve vakuu 1700 °C • BeO - max. teplota ve vakuu 2000 °C • Th02 - max. teplota ve vakuu > 2300 °C W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 < □ ► Vakuová fyzika 2 1 Zloženie východiskových surovín váh. % A1203: 95 Rozbor pozri túto tab.,pol. 2 váh. % il: 2 pozri tab. 12-19, pol. 4 váh. % talk.: 3 pozri tab. 12-19, pol. 2 2 Rozbor A1203 (druh Norton 38 900} váh. % Si02: 0,04 Fe203: 0,01 Na20: 0,05 CaO: 0,00 MgO: 0,00 Alo03: (zvysok): 99,90 3 Vypaľovacia teplota (vo vodíkovej peci) QC 1775 4 Merná váha g/cm3 3,5 5 Pevnosť v ohybe kg/mm2 17,5-21 6 Súčinitel rozťažnosti 25 - 500 °C io-n/°c asi 78,5 (pozri aj obr. 12-40) 7 Merný elektrický odpor Q . cm pozri obr. 12-39 8 Hodnota Te °C asi 950° 9 Dielektrická konštanta e (1010 Hz) — 8,2-8,6 10 Dielektrický stratový uhol tg ô (106 Hz) (1010 Hz) — asi 4 . 10-4 5-8 . 10-4 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 27 / 44 cm ÚL ^25 Q / f —1 ---- Forsferit Sleatity \fil kremičitany Zľ porce ány Kordierit Křemenné sklo WO 200 300 400 500 600 7CJ äOC 900 WCO - 'O Obr. 12-14. Krivky tepelnej rozťažnosti niekoľkých typických keramík {ďalšie vlastnosti obchodných druhov keramiky pozri obr. 12-33, 34, 38, 40, 43 a 77). W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 □ = = «o a o Vakuová fyzika 2 28 / 44 ■7/r 70' ha 70' 10 10' 10- 70' w 10' 10: 10' 70- 2,5 2.0 1,5 1,0-10'* 1/eK \ v H \ > 1 \ \ I 1 \ v N ^\ \_> v. \\ x*» s. ž\ \\ \ x B \ í v, \x x x >\ \X s\ \X t x\ \ x % \ \ s \ \^ ' x N \ x * x^ X x x X\\ v \X V \ X * X x * > X. x. * x x ^ x \ \\ šx ix \X v \\ ) t. v % N s 's \ x x. * x^ x ■S ■.v \ \ i x \ x r.— N. 100 750 200 250 300 400 500 600 700 600900 WOO'C ----->-r Obr. 12-18 A. Závislosť merného elektrického odporu o niekoľkých obchodných druhov keramiky od teploty T. 1 — živcový porcelán (Almanox 11 838); 2 — normálny steatit Alsimag 35; -3 — zirkónový mulit Almanox 2570; 4 — prírodný alumosilikát Lava A; 5 — hutná keramika s vysokým obsahom Al203 Almanox 6095; 6 — pórovitá keramika s vysokým obsahom A1203 Alsimag 393; 7 — prírodný horečnatý silikát Alsimag Lava 1136; 8 — hutná keramika s vysokým obsahom A1S03 Alsimag 614; 9 — forsterit Alsimag 243. Pre porovnanie: Q — křemenné sklo; J. —olovnaté sklo Corning 0120; B — pyrexové sklo Corning 7740; C — sodnovápenaté sklo Corning 0080 Te = Te-value. W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 < □ ► s1 Vakuová fyzika 2 29 / 44 Druh keramiky (prípadne typ alebo obchodná zoaíka) Te °c Výrobca Jemne pórovitá keramika prevažne z A1.,03 (druh DIN 520) <800 3) Mastenec (prírodná hornina z Bavorska) 800 4) Hlinitokremičitan 800 2) Prírodná hornina horečnatokremičitanová (Lava 1136) 810 2) Steatit (Alsimag 228) 820 2) Korundová keramika (Alsimag 393) 835 2) Steatit (Alsimag 197) 840 2) Kremičitan zirkonu (Alsimag 475) 870 2) Hlinitokremičitan (pyrofylit), prírodná hornina z Transvaalu 600-900 Hlinitokremičitan (Alsimag 614) (hlinitokremičitá keramika) 930 2) Pórovitý opracovateľný steatit (druh DIN 240) napr. Ergan <1000 3) Špeciálny steatit (druh DIN 221) <1000 3) Horečnatý kremičitan (Alsimag 222) >1000 2) Hlinitokremičitan (Alsimag 652) (hlinitokremičitá keramika) >1000 2) Forsterity (Alsimag 243) (Frequenta M) >1000 >1000 2) *) W. Espe: Technolog ia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 □ s1 ks //7 2 ,3 \ \- 5 10* W3 W4 105 706 107 108 Hz w3 - Obr. 12-25. Závislosť dielektrickej konstanty ť rôznych druhov keramiky pri normálnej teplote od frekvencie / (pozri Russellfl]); pozri aj tab. 12-12. 1 — zirkónové porcelány; 2 — normálny steatit; -í — vysokonapäťový porcelán; 4 — špeciálne steatity. Pre porovnanie: 5 — křemenné sklo. W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 31 / 44 \0 s ň 7 S 5 to* 2001 WOO 800 600 iOO f-TO2 0* y* w6 »I7 v JO*Hz igô 200 700 BO 60 40 20 70 700 200 300 400 70* /10 3 f '70s •w7 •7DwHi 500 "C 600 Obr. 12-27. Závislosť dielektrickej konštanty f a stratového uhla tg ô nizkostratovŕho steatitu (Alsimag 228) od teploty T za rôznej frekvencie / (pozri Hippel). W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 □ <3 = Vakuová fyzika 2 32 / 44 Zostavenie stratového uhla tg ô (meraného za normálnej teploty pri Kŕ Hz) najdôležitejších druhov keramik podľa klesajúcich hodnôt Druh keramiky tgS 10-* Prírodná hornina Lava A (hlinitokremičitan) 100 Tvrdý porcelán, napr. druhu DIN 110 60-120 Cordierity pórovité (nasiakavosť vody A = 8,5%) 40-82 Cordierity hutné, napr. druh DIN 410 40-70 Zirkónový mulit 32 Hutné steatity ako druh DIN 220 15-20 Steatity Alsimag 12-35 Zirkónový kremičitan 8-17 Forsterit (Alsimag 243) 4 Keramiky s vysokým obsahom Al2Oy (Alsimag) 3-7 Špeciálny steatit druh DIN 221 3-5 Mastenec, Lava 1136 (horečnaté kremičitan}) 3 Horečnaté kremičitany, pórovité (Alsimag 222) 2-4 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 □ s" Vakuová fyzika 2 33 / 44 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 34 / 44 Breaks firemní mat. Caburn Vakuová fyzika 2 35 / 44 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 36 / 44 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 37 / 44 Použití elektrické průchodky elektrické izolátory topné systémy kalíšky pro depozici tenkých vrstev -A/2O3 - AI, Bi, Ge, In, Ni Vakuová fyzika 2 38 / 44 Obr. 12-79. Vakuová vysokoteplotná piecka so sklopným téglikom so stabilizovanou keramikou Zři), a odporovým kúrením do30k\V; najvyššia teplota 2000 ('; kapacita až ti ky ocele; dosiahnuteľné vákuum ô . 10« torov (výrobca: High Vaeuum Kquipment Corp., Hingham — Mass., USA). W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 39 / 44 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 vařiče • výroba zrcadel pro dalekohledy, Keck I a II (10 m), VLT (8.2 m) ... Vakuová fyzika 2 40 / 44 MELTING OEOREE OF UNDERCOOLING-- TEMPERATURE (a) Ordinary glass TEMPERATURE 0E6REE OF UNOERCOOUN* — (b) Seeded glass Fig 2.11. Crystal growth and nucleation rates in different types of glasses: a) ordinary glass; b) seeded glass. After Stookey.1*4 (Courtesy American Ceramic Society) W.H.Kohl: Handbook of materials and techniques for vacuum devices, AIP Press 1995 Vakuová fyzika 2 41 / 44 TABLE 2.24. Some Reprwrrtotivc GtoM-Caramic Compotition fidoV Glau Crystal phase* Catalysts MgO • Al20, • SiO, Li20 • Al2Oj ■ S1O2 Na20 • BaO ■ Si02 2 MgO • 2AI203 • 5SÍ02 Li20 • AI2Oj • 2Si02 Li20 • Al20} • 4Si02 Li20 • Al20, • 6Si02 Li20 • Si02 Li20 • 2Si02 BaO • 2Si02 Ti02 Ti02 Ti02 Ti02 Au, Ag, Cu, Pi Au, Ag, Cu, Pi Au, Ag, Cu, Pt •After Stookey and Maurer'" W.H.Kohl: Handbook of materials and techniques for vacuum devices, AIP Press 1995 Vakuová fyzika 2 42 / 44 materiál obsah Si02[%] [K-^xKT7 [ °c] fused silica 99,5 5,5 0-300 silica glass 96 8 0-300 borosilicate glass 65,8 51 0-300 aluminosilicate glass 56,5 45 0-300 Zerodur Schott 0,5 ± 1 20-300 Zerodur - extreme Schott 0± 0,07 0-50 Great Paris Exhibition Telescope (lens at the same scale) Paris, France (1900) • Yerkes Observatory (40" refractor lens at the same scale) Williams Bay, Wisconsin (1893) Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope Hebei, China (2009) Hale (200") Mt Palomar, California (1948) Hooker (100") Mt Wilson, California (1917) 6 (1979-1998) (1999-) Multi Mirror Telescope Mount Hopkins, Arizona Gran Telescopio Canarias La Palma, Canary Islands, Spain (2007) Hobby-Eberly Telescope Davis Mountains, Texas (1996) Southern African Large Telescope Sutherland, South Africa (2005) Gemini North Mauna Kea, Hawaii (1999) BTA-6 (Large Altazimuth Telescope) Zelenchuksky, Russia (1975) Subaru Telescope Mauna Kea, Hawaii (1999) Thirty Meter Telescope Mauna Kea, Hawaii (planned 2022) Large Zenith Telescope British Columbia, Canada (2003) Large Binocular Telescope Mount Graham, Arizona (2005) oo Gemini South Cerro Paction, Chile (2000) o Large Synoptic Survey Telescope El Penon, Chile (planned 2020) Gaia Earth-Sun L2 point (2014) Kepler Earth-trailing solar orbit (2009) 0 Hubble Space James Webb Telescope Space Telescope Low Earth Earth-Sun L2 point Orbit (planned 2018) (1990) ee Very Large Telescope Cerro Paranal, Chile (1998-2000) OO Magellan Telescopes Las Campanas, Chile (2000/2002) European Extremely Large Telescope Cerro Armazones, Chile (planned 2022) T Human at the same scale 5 10 m 10 20 30ft Giant Magellan Telescope Las Campanas Observatory, Chile (planned 2020) Tennis court at the same scale Overwhelmingly Large Telescope (cancelled) Arecibo radio telescope at the same scale Basketball court at the same scale en.wikipedia.org □ Vakuová fyzika 2 44 / 44