Materiály pro vakuové aparatury • nízká tenze par • malá desorpce plynu • tepelná odolnost (odplyňování) • mechanické vlastnosti • způsoby opracovania spojování • elektrické a chemické vlastnosti -7 -L 300 280 260 240 220 200 180 k 160 Mg Al mm no - 120-100- i * -o/ i ^ f y/ ' *— / 80- 60- 40- 20- 0 Ctím Konstanta n < Au- Fe Ni Cr (78/8) .Ni -Be Th Hdstefloy Cr Fe 27/73 Fe Ni 50/50 Kovy UuO-10~7A Grafit W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 2/45 Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 3/45 Stainless steel blank cleaned 2.7 10"7 5.4 108 2.7 108 Stainless steel polished cleaned 2 ■ 108 4 10"9 2 10"10 Stainless steel pickled heated for 1 hour, 1.4 109 2.8 10"10 1.4 10-10 Stainless steel bead blasted vented with normal air 3 ■ 10"10 6.5 ■ 10"11 4 ■ 10-11 Steel Ni plated polished cleaned 2 10"7 1.5 10-8 5 10'9 Steel Cr plated polished cleaned 1.3 10"8 2.2 10-9 1.2 10-9 Steel rusted 6 10-7 1.6 10"7 1 10"7 Steel blank cleaned 5- 107 1 • 10"7 5 10-8 Steel bead blasted cleaned 4- 10"7 8 ■ 10s 3.8 10 8 Aluminium cleaned 6 10"8 1.7 ■ 10"8 1.1 ■ 10"8 Brass cleaned 1.6 10"6 5.6 10"7 4 10"7 Copper cleaned 3.5 10"7 9.5 ■ 10 8 5.5 ■ 10"8 Porcelain glazed 8.7 10-7 4 ■ 107 2.8 107 Glass cleaned 4.5 10"9 1.1 ■ 10"9 5.5 10 10 Acrylic glass 1.6 106 5.6- 10"7 4 10"7 Neoprene 4- 10-5 2.2 10"5 1.5 10"5 Perbunan 4 106 1.7 ■ 10"6 1.3 10"6 Viton 1.2 10"6 3.6 10-7 2.2 10-7 Viton heated for 4 hours at 100 °C 1.2 10"7 5 10-8 2.8 TO8 Viton heated for 4 hours at 150 °C 1.2 109 3.3 10"10 2.5 10-10 Teflon degassed 8 10"7 2.3 10"7 1.5 107 firemní mat. Pfeiffer Vakuová fyzika 2 4/45 Pevnost -D,-M Ik D-J r Material Cylinders End plates Hemisphe- rical D/h LC(D Ojhl At/S Rfh2 Copper at 20°C Copper at 500°C Nickel at 2(PC Nickel at 500°C Aluminum 20°C Aluminum 500°C Stainless steel 20°C Stainless steel 500°C Glass (hard) 20<>C Neoprene 20<>C Teflon 20°C PVC (Tygon) Perspex Mica 84 58 100 90 70 62 105 89 70 2.5 12 3.7 10 8.5 11 10.5 9 8.7 11.6 10.5 9 1.7 3.8 2.1 52 73 37 89 16 10 14 30 58 15 8 57 3 117 0.2 9 15 600 780 470 830 470 30 A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 5/45 Válec, Di - D = 25 cm, T = 20 °C h[mm] hi[mm] (5[mm] Cu 3 5 0,33 Al 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 □ S1 • nízká tenze par • malá desorpce plynu • křehké • elektrický izolant • chemicky odolné • svařovaní a tvarování za tepla • vznik pnutí - temperování • sklotvorné složky SÍO2 , B2O3 , P2O5 • Na20 , CaO - snižuje tavící teplotu • AI2O3 , Zn02 - zvyšuje chemickou netečnost • K20 • BaO • PbO • MgO Vakuová fyzika 2 8/45 Tab. 6.2. Přehled skel a jejich některých vlastností (podle W. Espeho a kol.) měkké křemičité (tavený Si02) velmi tvrdé tvrdé (borokřemičité) olovnaté (alkalicko-vápenato- Sklo (borokřemičité bez alkálií) (olovnato-křemičité) křemičité) a) s \LO, b) bez A1203 B2Oa 5-23 "„ >io% A1203 ■ 3-25% <5% <8% a) 0 b) 1-5% Na20 + K20 <10% 5-8% 13-15% CaO 5-15% PbO 20-35 Si02 >95% zbytek zbytek zbytek zbytek (0,55-0,65). 10 - 6 (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 Tch (°C) l) 990-1 040 450-700 430-540 400-450 a) 450-500 b) 40-480 K (°c) ') 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 b) 410-500 Tm (°C) l) 1 600 700-950 690-780 580-650 490-750 Měrný odpor 52ot (£ícm) 1017-1018 1018 1014-1018 1017 a) 10'5 b) 1013 Měrná tepelná vodivost 0,013-0,026 0,01 0,013 0,08 0,01 x(3cm-ls-lK-1 ) Měrné teplo (Jg^K-1) 0,8-1,26 0,4- J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 9/45 Obr. 6.3. Závislost koeficientu viskozity skla na teplotě 7^h — dolní chladicí teplota (při níž mizí napětí během 4 h); Tc'h - horní chladicí teplota (při níž vymizí napětí za 15 min); TtQ — transformační teplota (začátek vzrůstu součinitele teplotní roztažnosti a změn dalších vlastností); 7^, — bod měknutí (určuje se dilatometricky); TM+ - bod měknutí (podle Littletona); J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 = Vakuová fyzika 2 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 11 / 45 fr -r W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 12 / 45 Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 13 / 45 Obr. 10-258. Závislost relatívnej tepelnej rozťažnosti Aljl0 od teploty T (krivky priebehu rozťažnosti) tyčinky boritého skla po rôznom tepelnom spracovaní. a — nevychladené sklo; b — vychladené sUo pri 450 °C, potom ochbwixované rýchlo*tou 2 °C/mÍn: e — vychladené pri 450 "G, potom ochUdzovnné v obiaiti 450—300 °C rychtoetou 0,5 °C/mIn, t oblasti pod 300 °C rychk»fou S "C/min (pozri Dale Vakuová fyzika 2 14 / 45 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 15 / 45 20 30 % 40 — MO W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 16 / 45 Skla Corning W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 □ &\ Vakuová fyzika 2 17 / 45 400°C maximum bakeout Nominal length D is ± 3mm V Nominal ID i 25 -* Nominal glass Nominal Length Both flanges non-rotatable firemní mat. Caburn Vakuová fyzika 2 18 / 45 ISI KF Nominal glass length firemní mat. Caburn □ S1 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 20 / 45 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 21 / 45 Vakuová fyzika 2 23 / 45 Použití: osvětlovací technika manometry elektrické průchodky obrazovky okénka do reaktorů elektronky speciální kalibrační lampy ventily Vakuová fyzika 2 24 / 45 Keramika • nízká tenze par • malá desorpce plynu • velká pevnost • elektrický izolant • chemická odolnost • velká tepelná odolnost (vyšší teplota pro odplynení) • změna rozměrů při výrobě Složení: • Al203 - 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 • Th02 - max. teplota ve vakuu > 2300 °C Steatit (Klmoenstafi MgO-SiO. Tridymit Cordient 2MgO-SiO. 3AI203-2S/02 MgO MgOAI203 Al203 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 9 □ Vakuová fyzika 2 1 Zloženie východiskových surovín váh. % A1203: 95 Rozbor pozritútotab.,pol.2 váh. % íl: 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 AL,03: (zvyšok): 99,90 3 Vypaľovacia teplota (vo vodíkovej peci) °C 1775 4 Merná váha g/cm3 3,5 5 Pevnosť v ohybe kg/mm2 17,5-21 6 Súčiniteľ rozťažnosti 25-500°C 10-71/°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-* W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 28 / 45 IL 7 H5 Forsierit Sfeotity kremičitany 2r pore e any Kordierit Křemenné sklo Obr. 12-14. Křivky 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 Q f> vákuová fyzika 2 29 / 45 1,0-10~31ŕK 750 ZOO 250 300 400 500 600 700 8009001000*0 -----^T Obr. 12-18 A. Závislost merného elektrického odporu g 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 A!,03 Almanox 6096; 6 — pórovitá keramika s vysokým obsahom A1203 Alsimag 393; 7 — prírodný horečnatý silikát Alsimag Lava 1136; S — hutná keramika s vysokým obsahom A1S03 Alsimag 614; 9 — forsterit Alsimag 243. Pre porovnanie: Q — křemenné sklo; A — olovnaté sklo Corning 0120; Ľ —pyrexové sklo Corning 7740; C — sodnovápenaté sklo Corning 0080 Te = Te-value. W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 30 / 45 16 x/7 2 \ \ 5 702 W3 ffl4 W5 70ô 10? 108 HZ 109 -*~f Obr. 12-25. Závislost dielektrickej konštanty ť rôznych druhov keramiky pri normálnej teplote od frekvencie / (pozri Russell[l]); 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 / 45 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 □ S" = -1 q,o Vakuová fyzika 2 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 33 / 45 Breaks firemní mat. Caburn Vakuová fyzika 2 34 / 45 Vakuová fyzika 2 35 / 45 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 36 / 45 Vakuová fyzika 2 37 / 45 Vakuová fyzika 2 38 / 45 Obr. 12-79. Vákuová vysokoteplotná piecka so sklopným téglikom so stabilizovanou keramikou Zr(). a odporovým kúrením do 30 k\V; najvyššia teplota 2000 °(}• kapacita až 6 kK ocele; dosiahnutemé vákuum 5.10-«torov (výrobca: Hijíli Vacuum Kmiipment Corp.. Hingham — Masa., USA). W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 vákuová fyzika 2 39 / 45 Použití elektrické průchodky elektrické izolátory topné systémy kalíšky pro depozici tenkých vrstev -AI2O3 - AI, Bi, Ge, In, Ni Vakuová fyzika 2 40 / 45 Sklokeramika polykrystalický materiál, začátky 1968 malá tepelná roztažnost 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 41/45 MELTING DEGREE OF UNDERCOOLING-- TEMPERATURE (a) Ordinary glass (b) Seeded glass Fig. 2.11. Crystal growth and nuclcation rates in different types of glasses, a) ordinary glass; b) seeded glass. After Stookcy.1*4 (Courtesy American Ceramic Society) W.H.Kohl: Handbook of materials and techniques for vacuum devices, AIP Press 1995 Vakuová fyzika 2 42 / 45 TABLE 2.24. Some Rapresentotiv Gtats-Cramic Composition Fi»tds* Glass Crystal phases Catalysts MgO • Al20} • SiO, 2MgO • 2Al203 • 5SiOj Ti02 Li20 • AljOj - SiOj LijO • AljO, • 2Si02 Ti02 Li20 • Al203 • 4Si02 Ti02 Li20 • AI2Oj • 6Si02 Ti02 Li20 • Si02 Au, Ag, Cu, Pi Li20 • 2Si02 Au, Ag, Cu, Pi Na2Q • BaO • SiQ2 BaO ■ 2SiQ2_Au, Ag, Cu. Pi 'After Stoofcey and Maurer'" W.H.Kohl: Handbook of materials and techniques for vacuum devices, AIP Press 1995 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 Gran Te|escop|0 Telescope Hebei, China (2009) Hale (200") Mt Palomar, California (1948) Hooker (100") Mt Wilson, California (1917) (1979-1998) (1999-) Multi Mirror Telescope Mount Hopkins, Arizona 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) Keck Telescope Mauna Kea, Hawaii (1993/1996) BTA-6 (Large Altazimuth Telescope) Zelenchuksky, Russia (1975) Subaru Telescope Thirty Meter Telescope Mauna Kea, Mauna Kea, Hawaii (planned 2022) Hawaii (1999) 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 Pendn, Chile (planned 2020) Gaia Earth-Sun L2 point (2014) Kepler Earth-trailing solar orbit (2009) James Webb Space Telescope Earth-Sun L2 point (planned 2018) Hubble Space Telescope Low Earth Orbit (1990) OO 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 30 ft 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 13 Vakuová fyzika 2 45 / 45