費(fèi)勉100問第六期 | 真空中的配件

16. 真空螺絲如何選用？

根據(jù)材質(zhì)不同，一般有以下幾種螺絲：
不銹鋼螺絲，最為常見，但是因?yàn)楹芏嘤写判?，特別在低溫下磁性會(huì)顯著增強(qiáng)，影響測(cè)試實(shí)驗(yàn)，所以我們的低溫產(chǎn)品不能使用這類螺絲。

Mo螺絲，Mo一般用作高溫材料，也用于我們的樣品架上，優(yōu)點(diǎn)是沒有磁性，并且Mo的導(dǎo)熱系數(shù)高（138W/m?K）；缺點(diǎn)是Mo的材質(zhì)較脆，容易斷裂，另外Mo不適合氧化高溫環(huán)境，500 ℃ 以上如果有O的話，Mo會(huì)氧化成氧化鉬然后不斷升華。

Ta螺絲，Ta一般用作高溫材料，加工性能和不銹鋼類似，耐腐蝕。缺點(diǎn)是較貴（高純Ta的價(jià)格接近1萬元一公斤），另外，導(dǎo)熱不是很好（57.5 W/m?K）。

銅螺絲，注意這里絕對(duì)不是純銅，因?yàn)槁萁z材質(zhì)的基本要求是硬度，所以無氧銅做螺絲沒有可行性的，使用幾次就壞了，純鋁沒法做螺絲同理。
除此之外，我們碰到的螺絲還有：

PEEK螺絲，這個(gè)是用來絕緣的螺絲，強(qiáng)度比金屬稍差，但是韌性上強(qiáng)于金屬。

鈦螺絲，這個(gè)也是常見的真空螺絲，但是Ti的導(dǎo)熱是金屬中最差的（21.9 W/m?K），如果用于低溫環(huán)境的話，鈦螺絲降溫會(huì)比較慢，可能造成整體升降溫有點(diǎn)遲滯。

此外，一般對(duì)于特殊場(chǎng)合，螺絲和螺母的材質(zhì)最好有差別，因?yàn)槲覀兊氖褂铆h(huán)境是真空，真空中因?yàn)榻缑婧軉渭?，沒有潤(rùn)滑，所以同種材料存在“冷焊”的可能性，就是同種材料會(huì)黏在一起，如果異種材料會(huì)好很多。
針對(duì)這個(gè)問題，我們必須清楚的是根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，螺絲的選擇有限。如低溫環(huán)境下，不能使用不銹鋼螺絲，Ta/Ti、PEEK的熱導(dǎo)不行可能會(huì)影響極低溫指標(biāo)，而如果是不可更換的螺絲，用Mo的話螺紋的脆性等不確定性都很大，所以目前鈹銅或者磷青銅螺絲是最好的選擇，如果要避免冷焊，可操作的就是在界面處增加固體潤(rùn)滑，比如MoS2，這樣可以防止兩個(gè)銅界面搭在一起。

17. 為什么盲孔上用的螺絲要打放氣孔？

螺絲和盲孔底端之間會(huì)殘留部分空氣，在真空條件下，通過螺絲縫的放氣速度很慢，如果不打放氣孔，這些氣體會(huì)較難排去，會(huì)影響系統(tǒng)真空。

18. 金屬密封墊圈可以使用純鋁么？

事實(shí)上，純鋁的密封墊圈是存在而且被大量使用的（主要是在工業(yè)領(lǐng)域），請(qǐng)參見Lesker的網(wǎng)頁：(https://www.lesker.com/newweb/flanges/hardware_cf_gaskets.cfm?pgid=aluminum)

在很多其他真空供應(yīng)商的產(chǎn)品目錄上，也都能看到Al Gasket產(chǎn)品。
作為密封材料，純Al的硬度比無氧銅還要軟一點(diǎn)，單純從這一點(diǎn)上來說，純鋁是可以做為密封墊圈材料的。但是相對(duì)無氧銅墊圈，鋁的缺點(diǎn)也很明顯：
純鋁的清潔比無氧銅要麻煩，因?yàn)槌暡ㄇ逑磿?huì)在鋁表面產(chǎn)生空洞，影響真空，所以純鋁的超聲波清洗需要比無氧銅更復(fù)雜的工藝，這個(gè)限制了純鋁墊圈的使用。
鋁的熔點(diǎn)在600℃左右，低于純銅。而且隨著溫度的升高，鋁的強(qiáng)度在顯著下降，所以用鋁墊圈的法蘭一般明確要求烘烤溫度不能超過200℃，而正常的CF法蘭的最高烘烤溫度會(huì)達(dá)到400℃，很多標(biāo)準(zhǔn)的真空部件（例如離子泵）正常烘烤溫度都在200℃及以上，這個(gè)就限制了鋁墊圈的使用范圍。
此外，除了無氧銅，還有一些材質(zhì)也是可以作為CF法蘭的密封墊圈，例如鋁， 如上面描述。
Viton（氟橡膠），一般用于高真空領(lǐng)域，但是氟橡膠的抗?jié)B透性偏差，就造成了滲漏的比例會(huì)偏高，但是作為可重復(fù)利用的密封圈，氟橡膠墊圈在高真空領(lǐng)域有著非常大的用量。
Nickel，鎳也可作為密封墊圈，Ni的硬度約為HV274，比銅和鋁都要硬，但是低于304和316不銹鋼。鎳墊圈的使用范圍主要是在腐蝕性的場(chǎng)合，因?yàn)殒嚨目垢g性，所以可以作為腐蝕性環(huán)境的密封墊圈。