教育訓練真空元.ppt

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1、11/29/20221真空材料與元件真空材料與元件11/29/20222一、概論一、概論傳統之真空系統或真空裝置的結構，傳統之真空系統或真空裝置的結構，採用了金屬、玻璃、陶瓷和些許的橡採用了金屬、玻璃、陶瓷和些許的橡膠暨塑膠構建而成。膠暨塑膠構建而成。11/29/20223真空系統中的各部份材料，必須有足真空系統中的各部份材料，必須有足夠之機械強度，能抵抗壓差（夠之機械強度，能抵抗壓差（THE PRESSURE DIFFERENCE）及氣體及氣體的不滲透性行為（的不滲透性行為（IMPERMEABLE）並具有低蒸氣壓（並具有低蒸氣壓（LOW VAPOUR PRESSURE）能適應各種特殊之工作）

2、能適應各種特殊之工作環境（如溫度所帶來之變化）。環境（如溫度所帶來之變化）。11/29/20224二、機械強度二、機械強度真空環境之保持是藉由容器包圍保持，真空環境之保持是藉由容器包圍保持，容器之外部為大氣（容器之外部為大氣（ATMOSPHERE）內部則為零壓力（內部則為零壓力（ZERO PRESSURE）之狀態，因此容器必須有足夠之強度藉之狀態，因此容器必須有足夠之強度藉以抵抗壓差。避免容器因無法抵抗壓以抵抗壓差。避免容器因無法抵抗壓差，進而向中央凹陷因此具有足夠之差，進而向中央凹陷因此具有足夠之機械強度為其先決條件。機械強度為其先決條件。11/29/20225三、氣體的滲透力三、氣體的滲透

3、力真空容器暨管件的構成物質如：金屬，真空容器暨管件的構成物質如：金屬，玻璃或橡樛器壁有著或多或少可供氣玻璃或橡樛器壁有著或多或少可供氣體進行滲透之毛細孔。體進行滲透之毛細孔。11/29/20226而氣體滲透過器壁的量，可大至猶如而氣體滲透過器壁的量，可大至猶如多孔的陶瓷體或鑄件體，甚或至在非多孔的陶瓷體或鑄件體，甚或至在非多孔性的器壁表面反射。對於多孔性多孔性的器壁表面反射。對於多孔性（POROUS）材質表面粗糙度明顯，材質表面粗糙度明顯，具鬆散層的材料避免選用，至於非多具鬆散層的材料避免選用，至於非多孔性的材料，他們對於氣體的容許滲孔性的材料，他們對於氣體的容許滲透力也必需列入氣體的負載評估

4、之列。透力也必需列入氣體的負載評估之列。11/29/20227四、蒸氣壓（四、蒸氣壓（VAPOUR PRESSURE）在真空系統中使用之材料，在真空系統中使用之材料，必需在最高溫之狀態下有最少的蒸氣必需在最高溫之狀態下有最少的蒸氣壓有些金屬材料（壓有些金屬材料（Zn .Pb）在）在400500500之溫度下的蒸氣壓將會超過在高之溫度下的蒸氣壓將會超過在高真空系統中的要求，因此這些材料甚真空系統中的要求，因此這些材料甚或它們之合金將不被採用，對於超高或它們之合金將不被採用，對於超高真空之工作。真空之工作。11/29/20228不銹鋼（不銹鋼（STAINLESS STEELSSTAINLESS S

5、TEELS）高鎳合金）高鎳合金（HIGH NICKEL ALLOYSHIGH NICKEL ALLOYS）暨無氧銅）暨無氧銅（OXYGEN-FREE HIGH CONDUOTIVITY OXYGEN-FREE HIGH CONDUOTIVITY OOPPER OFHCOOPPER OFHC）將是唯一可選用之材料。來）將是唯一可選用之材料。來自金屬表面之氣體應該是極微少量的，在此前自金屬表面之氣體應該是極微少量的，在此前提之下，建議能將材料表面之氣體除去，自然提之下，建議能將材料表面之氣體除去，自然的逸氣率（的逸氣率（OUTGASSING RATEOUTGASSING RATE）應該藉由清）應該

6、藉由清潔（潔（OLEENINGOLEENING）與烘烤，（）與烘烤，（BAKINGBAKING）來降）來降低。低。11/29/20229五、工作環境（五、工作環境（WORKING WORKING CONDITIONSCONDITIONS）處在高真空環境下的主要影響因處在高真空環境下的主要影響因子是子是溫度。溫度。對於一些真空系統中可能的影響對於一些真空系統中可能的影響如化學腐蝕、幅射傷害、磁場以及其如化學腐蝕、幅射傷害、磁場以及其它種種之因素可能是在選擇適當材料它種種之因素可能是在選擇適當材料之初一項相當重要的考慮要件。之初一項相當重要的考慮要件。11/29/202210六、真空用部品六、真空

7、用部品真空裝置的主要組立主件列舉如下：真空裝置的主要組立主件列舉如下：(a)(a)真空容器真空容器(b)(b)真空泵浦真空泵浦(c)(c)真空配管真空配管(d)(d)其它必要之真空部品其它必要之真空部品11/29/202211真空部品之基礎為真空密封，真空密封真空部品之基礎為真空密封，真空密封又有軸密封暨固定密封，固定密封又有軸密封暨固定密封，固定密封如電流導入端子為永久式之密封方式。如電流導入端子為永久式之密封方式。法蘭（法蘭（FLANGEFLANGE）暨閥體，為具有半固定）暨閥體，為具有半固定式之密封，軸密封依運動方式又區分為式之密封，軸密封依運動方式又區分為直線方式、回轉方式、傾斜方式三

8、種運直線方式、回轉方式、傾斜方式三種運動導入之機構。動導入之機構。11/29/202212七、法蘭暨襯墊（七、法蘭暨襯墊（GASKETGASKET）真空部品的安裝、真空配管暨真空裝置真空部品的安裝、真空配管暨真空裝置之組立，皆須以法蘭暨襯墊互相搭配達成氣之組立，皆須以法蘭暨襯墊互相搭配達成氣密。法蘭之連結方式為密。法蘭之連結方式為具有溝槽之法蘭具有溝槽之法蘭（型），再與另一具完整平面的法蘭（型），再與另一具完整平面的法蘭（型）將襯墊置於溝槽內，再與另一具（型）將襯墊置於溝槽內，再與另一具完整平面法蘭（型）互以螺栓相接合。完整平面法蘭（型）互以螺栓相接合。使用場合概分如下：使用場合概分如下：11

9、/29/202213(1)(1)泵浦均採（型）之法蘭泵浦均採（型）之法蘭(2)(2)閥均採（型）之法蘭閥均採（型）之法蘭(3)(3)配管之場合則依管內之氣流方向而定配管之場合則依管內之氣流方向而定11/29/202214一對接合之法蘭，連結的下個法蘭原則一對接合之法蘭，連結的下個法蘭原則上是型作對應。上是型作對應。真空裝置上的法蘭所使用的襯墊，真空裝置上的法蘭所使用的襯墊，一般使用橡膠類較為合適。另外一般使用橡膠類較為合適。另外SILICONSILICON材質的襯墊會產生氣體滲透性之問題，材質的襯墊會產生氣體滲透性之問題，在高度真空之場合必須注意。在高度真空之場合必須注意。11/29/2022

10、15八、閥八、閥閥在真空裝置上其功能為阻止氣閥在真空裝置上其功能為阻止氣體之流動。閥開閉之動作可分為：體之流動。閥開閉之動作可分為：(a)(a)手動式手動式(b)(b)電磁式電磁式(c)(c)油壓式油壓式(d)(d)氣壓式氣壓式11/29/202216其中閥軸心之氣密方式又區分如下：其中閥軸心之氣密方式又區分如下：(1)O-RING SEAL(1)O-RING SEAL(2)WILISON SEAL(2)WILISON SEAL(3)BELLOW SEAL(3)BELLOW SEAL11/29/202217流量調節閥（流量調節閥（Regulator VALVERegulator VALVE）在

11、一般真空裝置上所使用的閥體，為在一般真空裝置上所使用的閥體，為大流量的調節功能，如需採用微量調節大流量的調節功能，如需採用微量調節時，就必需採用流量調節閥。時，就必需採用流量調節閥。例如：針閥（例如：針閥（NEEDLE VALVENEEDLE VALVE）以）以其針軸開啟的程度來調節流量之大小。其針軸開啟的程度來調節流量之大小。11/29/202218九、阻擋（九、阻擋（BAFFLEBAFFLE）與陷井）與陷井（TRAP TRAP）阻擋為裝設在泵浦（如油擴散泵浦）上阻擋為裝設在泵浦（如油擴散泵浦）上端之裝置，其功能為阻擋泵浦逆流之蒸端之裝置，其功能為阻擋泵浦逆流之蒸氣，使其凝縮（氣，使其凝縮（

12、TO CONDENSETO CONDENSE）回流，）回流，阻擋一般為銅製品，內部通常以冷卻水阻擋一般為銅製品，內部通常以冷卻水或液態氮，強化其阻擋熱騰之油蒸氣的或液態氮，強化其阻擋熱騰之油蒸氣的能力。能力。11/29/202219陷井陷井(TRAP)(TRAP)其主要功用為降低作動液其主要功用為降低作動液（如油）之蒸氣回流至真空腔中，破壞（如油）之蒸氣回流至真空腔中，破壞或污染真空品質，通常將液態氮導入陷或污染真空品質，通常將液態氮導入陷井之中，利用其低溫之井之中，利用其低溫之“凝縮凝縮”能力捕能力捕捉作動液之蒸氣。捉作動液之蒸氣。11/29/202220十、運動導入機構十、運動導入機構運動

13、導入其功用為將外部的運動，運動導入其功用為將外部的運動，藉由藉由“其其”將運動形態導入空腔體中將運動形態導入空腔體中仍能維持空之氣密性。仍能維持空之氣密性。氣密密合之方式氣密密合之方式(1)BELLOW (1)BELLOW SEAL(2)WILISON SEAL (3)ORING SEAL(2)WILISON SEAL (3)ORING SEAL(4)FERROFLUIDSEAL(4)FERROFLUID（磁性流體）（磁性流體）運動之種類：運動之種類：(1)(1)直進直進(2)(2)迴轉迴轉(3)(3)傾斜傾斜11/29/202221【附註】利用【附註】利用BELLOW SEALBELLOW

14、SEAL之密合方式，可之密合方式，可涵蓋上述之運動密合應用。涵蓋上述之運動密合應用。在高速迴轉下，迴轉導入必需承受嚴重問在高速迴轉下，迴轉導入必需承受嚴重問題：機械磨擦。然而磁性流體可解決此類問題。題：機械磨擦。然而磁性流體可解決此類問題。磁性流體的密封機構，是藉由磁流體外部磁性流體的密封機構，是藉由磁流體外部之磁石與轉軸型成一密封之磁力線，轉軸間之之磁石與轉軸型成一密封之磁力線，轉軸間之空隙就藉由磁性流體來密封。空隙就藉由磁性流體來密封。11/29/202222磁性流體導入其軸由於不與固體物質接磁性流體導入其軸由於不與固體物質接觸，因此不會造成摩擦摩耗、潔淨、壽觸，因此不會造成摩擦摩耗、潔淨

15、、壽命長。命長。11/29/202223十一、電氣導入十一、電氣導入其功用為將大氣側之電力傳導至真空側，其功用為將大氣側之電力傳導至真空側，暨電氣訊號傳輸之用。暨電氣訊號傳輸之用。11/29/202224十二、真空視窗十二、真空視窗用以觀察真空容器中所產生之狀態。用以觀察真空容器中所產生之狀態。11/29/202225【補充資料】【補充資料】壹一般真空材料之必要條件：壹一般真空材料之必要條件：(1)(1)材料之蒸氣壓低，不會吸放氣體。材料之蒸氣壓低，不會吸放氣體。(2)(2)真空排氣時，不會造成洩漏。真空排氣時，不會造成洩漏。(3)(3)具有適當之強度，耐熱性佳。具有適當之強度，耐熱性佳。貳不銹鋼貳不銹鋼可以定義為合金鋼，含洛（可以定義為合金鋼，含洛（CR）量為）量為10以上，其防鏽原理為表面之洛的表皮十分細以上，其防鏽原理為表面之洛的表皮十分細緻，可防止水氣及其它腐蝕性氣體向內部侵緻，可防止水氣及其它腐蝕性氣體向內部侵蝕。蝕。11/29/202226參真空零件之表面處理參真空零件之表面處理(1)研磨拋光研磨拋光(2)噴砂噴砂11/29/202227參考書目參考書目真空技術活用手冊（真空技術活用手冊（SINKU KIKO）機械材料機械材料VACUUM TECHNOLOGY11/29/202228