真空资料放气性能测试方法测量系统设计研究报告

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1、-毕业设计（论文）综述设计（论文）题目真空材料放气性能测试方法及测量系统的研究学院名称机械与汽车工程学院专业（班级）机械设计制造及其自动化姓名（学号）邵士奎20100799指导教师陈长琦系（教研室）负责人干蜀毅.---真空材料放气性能测试方法及测量系统研究论文综述研究意义材料放气率是评价材料尤其是真空材料的一个重要性能指标，其性能水平直接影响着设备的可靠性和寿命。任何固体材料在大气环境下都能溶解、吸附一些气体。当材料置于真空中时就因解溶、解吸而放气。许多大型精密仪器如加速器，质谱仪、X光机、电子显

2、微镜及其它电子光学仪器，都需要不同程度的高真空环境。同时，在一些国防、航天等高科技方面的研究中真空模拟、真空制造等都发挥着越来越重要的作用。因此，了解与掌握高真空获得与测量的技术很重要。国内外研究现状对于真空材料的放气特性，国内外一直从事着相关的研究工作，主要着重于材料放气率测试方法的改进和如何提高其测量精度。1963年斯奇诺蒙主张用两个相同的容器，一个装有试样而另外一个是空置的，两个容器用相同的流导和同一抽气系统相连接，采用冷却挡板插板阀阻止油的返流，利用对称的结构，由两个容器的压力差来计算试样

3、的放气率[2]，其目的是为了扣除系统本底的影响，如图1所示斯奇诺蒙指出，由于两个容器解吸不同，两个流导也有小的差别，两个电离计的灵敏度的差别更大，在空载时测定系统的本底，用于对放气率测量值的修正他采用1L/s的流导和1000cm2的试样面积测定多种金属玻璃和合成橡胶的放气率，其数值与目前的测量值较为接近1995年德国葛利克大学研制了小孔流导法(Orificethroughputmethod)材料放气率测试装置，利用两个对称的测试结构测量材料放气率，减小了各本底因素带来的测量不确定度。1996年日本

4、筑波顶级材料研究院在小孔流导法测试原理的基础上提出了一种基于双真空规流导的(Twin-gaugethroughputmethod)材料放气率测试方法，通过四个真空阀门的组合，消除了电离规及样品室本底给材料放气带来的影响，延伸了测量下限。2006年日本山口大学科学与工程研究院提出了通过转换气体流动路径(Switchingbetweentwopumpingpaths)测试材料放气率的方法，运用该方法测试了测试室、样品室的放气量，并消除了电离规吸放气对材料放气率测量带来的影响，延伸了测量下限。2000年

5、中国科技大学采用传统的上下游两室结构，利用小孔流导法测量了某些金属材料的放气率。2006.---年上海交通大学同样采用上下两室结构，利用小孔流导法研究了不同温度下材料的放气特性。2011年兰州空间技术物理研究所研建了一台真空材料放气率测试装置，可利用静态定容升压法、小孔流导法、双通道气路转换法三种方法进行真空材料放气率的测试，并可根据不同材料的放气率范围选择不同的测试方法，装置测量不确定小，测量精度高。由于材料的制造条件不同，表面处理过程各异，国外的测量数据并不能完全符合我国材料性能研究的需求，因

6、此研究测量材料放气率的方法及装置具有实际应用价值。测量方法1.小孔流导法测量装置小孔流导法材料放气率测量装置原理图如图1所示[8]由抽气系统，温控系统，四极质谱计、冷规、分离规、高真空室、对称的两个测试室、超高真空室、小孔、超高真空角阀等组成抽气系统，抽气系统由主抽分子泵、辅抽分子泵、机械泵、阀门等组成测试室采用对称的结构，通过角阀与高真空室连接，与超高真空室之间有一个小孔板，超高真空室的极限真空为10-8Pa128.冷规2.分离规3.四极质谱计4561213172027.角阀7.超高真空室89.

7、小孔1011.测试室14.高真空室15.加热板161821.分子泵1922.机械泵23.插板阀24.预处理室25.试样盒26.传送机构测量原理材料放气率为某瞬时，单位面积或单位质量上，单位时间内离开材料的净气体量放气率决.---定于表面覆盖度和溶解于材料中气体的浓度，高真空室内放置试样与测试室连通，测试室与超高真空室之间有小孔，在连续抽真空过程中，试样的放气量与抽真空过程中测试室内的压力变化一一对应，克服了压力上升率法中气体吸附的影响[10]，可以进行放气动态过程的分析真空系统总的放气量由（1）式

8、计算[1]，如果吸气则为负值。Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=C(P1-P0)式中Q总放气量，Pam3/sQ1为分离规的放气量，Pam3/sQ2为测试室的放气量，Pam3/sQ3为高真空室的放气量，Pam3/sQ4为试样盒的放气量，Pam3/sQ5为试样的放气量，Pam3/sC为小孔的流导，m3/sP1为测试室内的压力，PaP0为超高真空室内的压力，Pa在理想状态下，小孔的流导可以精确计算，气体分子的平均自由程比小孔直径大的多，小孔处于无限薄，无限大的平面上，在小孔两端的容器中，