費勉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，但是因為很多有磁性，特別在低溫下磁性會顯著增強，影響測試實驗，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)點是沒有磁性，并且Mo的導熱系數(shù)高（138W/m?K）；缺點是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。缺點是較貴（高純Ta的價格接近1萬元一公斤），另外，導熱不是很好（57.5 W/m?K）。

銅螺絲，注意這里絕對不是純銅，因為螺絲材質(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，這個是用來絕緣的螺絲，強度比金屬稍差，但是韌性上強于金屬。

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

此外，一般對于特殊場合，螺絲和螺母的材質(zhì)最好有差別，因為我們的使用環(huán)境是真空，真空中因為界面很單純，沒有潤滑，所以同種材料存在“冷焊”的可能性，就是同種材料會黏在一起，如果異種材料會好很多。
針對這個問題，我們必須清楚的是根據(jù)應用場合，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的熱導不行可能會影響極低溫指標，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滑，比如MoS2，這樣可以防止兩個銅界面搭在一起。

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，這些氣體會較難排去，會影響系統(tǒng)真空。

18. 金屬密封墊圈可以使用純鋁么？

事實上，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，單純從這一點上來說，純鋁是可以做為密封墊圈材料的。但是相對無氧銅墊圈，鋁的缺點也很明顯：
純鋁的清潔比無氧銅要麻煩，因為超聲波清洗會在鋁表面產(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雜的工藝，這個限制了純鋁墊圈的使用。
鋁的熔點在600℃左右，低于純銅。而且隨著溫度的升高，鋁的強度在顯著下降，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達到400℃，很多標準的真空部件（例如離子泵）正常烘烤溫度都在200℃及以上，這個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偏高，但是作為可重復利用的密封圈，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合，因為鎳的抗腐蝕性，所以可以作為腐蝕性環(huán)境的密封墊圈。