真空室的性能和成本：铝与不锈钢的比较

本指南评估了铝和不锈钢真空室的特性、组件和性能。与塑料真空室相比，金属真空室适用于需要保持内部温度、热/冷循环、极端温度范围和低脱气速率的应用。尽管它们需要较大的前期费用，但不锈钢真空室由于其耐用性、更长的使用寿命和最少的维护，从长远来看具有成本效益。通过了解材料、施工技术和设计方法，您可以做出明智的决策并确保真空工艺的成功。

• 用于泄漏测试、真空干燥、脱气的真空室
• 用于应力和压力测试的真空室
• 用于大气模拟和测试的真空室

铝和不锈钢真空室材料性能

与塑料真空室替代品相比，不锈钢和铝制真空室材料具有几个有利的属性。在这些材料之间进行选择时：

如果您在不锈钢真空室和铝制真空室之间做出决定，请考虑以下一些重要区别。

真空材料和脱气速率

脱气速率：脱气是指释放出滞留在材料中的气体，这种气体会因暴露于越来越低的压力而被放大。脱气会污染真空环境，并影响压力稳定性和泵效率等性能因素。

与铝相比，不锈钢通常具有较低的释气速率，使其适用于低真空和超高真空 （UHV） 应用。较低的脱气速率对于高真空和超高真空应用至关重要，以防止压力变化、减少泵负载并确保测量精度。光谱分析、表面成分评估和薄膜厚度评估等应用更容易受到污染物和压力波动引起的不准确的影响。

对于真空室材料的释气速率比较，以下值表示真空环境中材料表面释放的气体量，以每线性厘米每秒托升数表示：

资料来源：Phil Danielson |R&D 杂志，2003 年 <> 月

真空室性能和成本的扩展考虑因素

渗透性：铝更容易受到表面缺陷和渗透性问题的影响，这可能导致更高的脱气率。然而，这可以通过表面处理（如阳极氧化或使用扩散屏障）在一定程度上缓解。

化学相容性：铝和不锈钢都对各种化学品具有出色的抵抗力，但不锈钢更适合用于具有刺激性化学品或腐蚀性物质的环境。铝与某些化学品的反应性限制了它在存在腐蚀性气体的环境中的使用。

导热系数在涉及大量热负荷的过程中非常重要。铝的导热性高于不锈钢，这在需要高效散热或温度循环的应用中可能具有优势。不锈钢具有散热较慢、温度范围较快等优点，使其适用于需要极端温度循环或长时间暴露在高温下的任务。

重量和可加工性： 不锈钢以其高强度和硬度而闻名，比铝更具加工性。它需要更大的力和功率，导致工具磨损增加，需要更坚固的设备。铝比不锈钢更轻、更容易加工，这有利于以较低的制造成本定制馈通端口、阀门和计量表。

密封真空焊接：扩展铝和不锈钢材料的设计自由度和定制制造能力。这两种材料都可能带来挑战，并且高度依赖于特定的焊接技术和条件。铝焊缝需要更周到的清洁度、接头设计和焊接技术方法。真空密封铝焊缝更难实现，因为如果去除覆盖材料，该材料更容易出现冷却不均匀、表面氧化和泄漏路径的发展。因此，当定制制造需要密封焊缝时，不锈钢是一种更宽容的材料。

成本：虽然铝通常更具成本效益，但随着时间的推移，不锈钢具有卓越的耐用性和较低的维护成本。尽管不锈钢真空室的前期成本较高，但从长远来看，其更高的耐用性和化学弹性可以节省大量成本并减少维护负担。

真空室形状、几何形状和挠度

真空室的几何形状和真空室外壳是购买任何真空室的关键考虑因素。球形、方形或矩形腔室之间的选择在很大程度上取决于最终用户的大小、形状和访问偏好。Terra 采用多种设计策略来减少和防止这些问题，例如可最大限度地减少挠曲的固有坚固形状，以及由高质量硬件支持的坚固密封件。

挠度是指腔室结构的变形或位移，当外部结构受到外部大气压时发生。这种相互作用可能导致多种故障，包括开裂、泄漏或完全崩溃。

球形真空室受益于所有侧面的压力均匀分布，因此在低压下表现出最大的稳定性和强度。这就是为什么您会发现大多数深海船只和潜艇都保持圆柱形或球形的原因。

球形腔室以其在最大限度地减少材料使用、实现均匀真空条件以及为真空室系统提供具有最小挠度的理想几何形状方面的效率而闻名。然而，有几个因素会使球形腔室不太实用。

球形腔室提供最少的内腔空间，并且由于其独特的几何形状，制造更大尺寸的成本越来越高。球形腔室需要精确而复杂的几何形状，要生产出厚度均匀的几何形状可能具有挑战性且成本高昂。对于许多工业或高要求应用，替代几何形状和非塑料材料通常更实用且更具成本效益。

圆柱形真空室由于其高强度和均匀的压力分布而适用于通用应用。圆柱形形状最大限度地减少了应力点，使其成为需要一致真空度的工艺的理想选择。然而，圆柱形设计的缺点是它们的内腔空间最小，并且检修门可能会带来限制。

方箱式真空室：箱式真空室经常用于实验室环境，易于访问、配置灵活且制造成本最低。方形或矩形真空室适用于需要频繁进入真空室内部并支持平板物体（如电路板、文件、纺织品和大容量阵列）的实验。平坦的墙壁最大限度地减少了光线的扭曲，无需打开门即可更容易看到腔室内的真实形状。

Terra 的箱形铝制真空室和 304 不锈钢真空室配有铰链门，允许真空室的门朝上或朝前放置，具体取决于您的应用。将腔室门朝上放置有助于安全地容纳液体溢出或腐蚀性化学品。将腔室放置在门朝前的位置，使门可以轻松打开，从而加快批处理速度。

真空室组件

Terra 提供塑料和金属真空室型号，带有许多可定制的附件，可通过各种仪表、泵、端口、馈入件等进行定制。

► 不锈钢真空室配置器

► 铝制真空室配置器

主室体：主体由优质铝或不锈钢制成，提供结构完整性并最大限度地减少脱气。材料的选择会影响腔室在化学相容性、防潮性、刚度和宽温度范围方面的性能和耐用性。

门和端口对于进入腔室和引入材料或仪器至关重要。同样，门和端口必须在不影响主要结构件的情况下集成。平坦的表面会产生最大的挠度，并且最容易屈曲，因此将密封法兰与碟形头或弧板相结合是使门在真空下更坚固的常用方法。

真空控制模块对于保持精确的真空度至关重要，尤其是在需要连续稳定真空条件的应用中。真空控制器调节泵的运行，确保远程腔室中的真空压力保持在高达 800 torr 的预设水平。这对于所涉及的材料或工艺需要持续暴露在特定真空条件下的测试和加工任务尤为重要。

真空计可以测量和显示内部真空度，以便可以从外部监测真空压力。对于低真空型号，Terra 的标准型号显示 0-30 英寸汞柱 （Hg），但我们通常会提供根据特定客户要求量身定制的测量仪套件。

自动 RB® 安全阀：持续释放多余的内部气体以保持手套箱内的安全正压，并使用可变释放机构自动排放突然涌入的气体。它还充当止回阀，防止意外负压，确保内部条件一致。

计量阀：允许精确控制真空环境，包括压力控制、排气和气体回填。高质量的阀门和控制器对于维持和监测一致的真空条件至关重要。所有 Terra Universal 真空室都包括两个计量阀：一个用于施加真空，另一个用于回填氮气或其他气体，以及压力读数为 0 至 30“ Hg 的真空计。

Terra 的微型球阀 （1/4“） 允许在真空压力的启动或停止期间进行手动真空控制。双阀允许在施加真空之前吹扫腔室空气，这对于需要低污染水平和精确气体混合物的应用非常重要。之后，可以打开阀门，让空气或其他气体以受控方式重新进入腔室，防止压力快速变化，从而损坏设备或危及安全。

观察窗：Terra 的铝制和不锈钢模型上部署了密封的 1 英寸厚的亚克力窗，可以看到腔室的内容物。可选的钢化玻璃观察窗可用于提高光学测试设备、相机或外部放大设备的可见性和更广泛的支持。

通用真空室支架可确保为各种尺寸的设备提供支撑和稳定性。可调节的伸缩构件可实现精确配合。Terra 提供各种不锈钢和粉末涂层钢支架，以确保为您的应用提供适当水平的清洁度、稳定性和耐用性。

真空室泵和真空控制模块

真空泵对于达到和保持所需的真空度至关重要。选择要求通常基于所需的压力范围和应用灵敏度。Terra 可以帮助您确定哪种泵最适合您的应用需求，无论是旋片式、隔膜式、皮带驱动还是干式粗加工系统。

Welch 旋片真空泵具有无磨损部件，可消除颗粒污染并防止碳氢化合物回流。这种设计大大降低了维护成本，只需每 20,000 小时进行一次全面检修。这些泵专为涉及分析仪器、研发和/或污染敏感工艺的非腐蚀性应用而设计。Sub-D 连接器具有远程控制功能和广泛的兼容性，可集成到大多数系统中。

Welch WOB-L 泵支持标准负荷用途，例如抽吸、真空吸盘、多漏斗过滤歧管、气体采样、真空干燥和自动化技术。它不适用于需要耐腐蚀性的腐蚀性环境。

隔膜真空泵：用于粗真空和中高真空的无油隔膜泵;非常适合研究和科学应用。耐化学腐蚀的隔膜泵型号 MPC 用于腐蚀性溶剂和酸蒸气。

皮带驱动型 DuoSeal 真空泵：重量轻、结构紧凑、耐化学腐蚀、真空性能高：非常适合实验室。

干式粗抽真空泵：无油、安静、经济，适用于各种实验室和洁净室应用，例如一般实验室使用、焊丝机和芯片键合机、划线机、断路器、切割锯以及大多数其他微电子制造和测试设备。进入的空气永远不会靠近电机，较低的空气温度会增加整体效率和使用寿命。

真空室控制模块

真空控制模块专为在研究和测试应用中精确管理真空过程而设计。计算机辅助控制有助于准确调整真空度，优化冷冻干燥、蒸馏和真空烘箱等工艺的条件。

Terra 的 eVAC™ 高度模拟控制模块与传感器无缝集成，以持续监控真空环境，从而允许实时调整真空泵的运行。此功能提高了泵的循环效率，从而减少了磨损，并精确地保持了理想的真空条件。高级型号提供可编程的真空循环、数据记录和远程监控功能。编程功能允许在航空航天或船舶测试中进行高级仿真，以复制真实的飞行路径条件，例如整个飞行路径中压力的逐渐增加和减少。

继续阅读：如何在真空试验箱中自动控制真空

真空室垫片和密封设计

垫圈和密封件：垫圈和密封件由弹性体或金属等材料制成，可确保组件之间的气密连接。垫片材料的选择主要取决于真空度、温度和化学相容性要求。其他考虑因素包括除气要求、对永久或可拆卸密封件的偏好，以及在某些情况下，考虑辐射暴露。

真空O型环和垫片材料：门和端口应设计有坚固的密封以确保真空完整性。可拆卸式真空密封最常见的配置是用弹性体垫圈密封的法兰或门接头。弹性体 O 形圈（平垫圈）也很常见，铺设在 O 形圈槽内时最有效。垫圈和 O 形圈必须提供足够的密封，但配件不能太紧，这会使打开腔室变得越来越困难。

• Terra 的不锈钢真空室采用耐热真空烘箱硅胶垫圈，可确保在门锁定时实现气密密封。
• Viton-A®（氟碳化合物）是最常用的垫片材料，因为它具有出色的耐化学性、高温稳定性和整体耐用性。
• 丁基橡胶因其优异的气体渗透性和耐候性而受到重视，使其适用于气密密封至关重要的应用。
• 丁腈橡胶 （Nitrine） 具有良好的耐油性和耐溶剂性，通常用于涉及碳氢化合物的应用。

在超高真空 （UHV） 应用中，压力降至 7.5 x 10^-10 Torr 以下，金属提供卓越的密封能力，并且可以承受 UHV 环境中经常遇到的极低压力和高温。但是，重要的是要考虑到金属垫圈对可能导致泄漏或真空故障的损坏和叮当声非常敏感，在超高真空水平下会进一步加剧这种情况。

真空室馈入件和吞吐量集成

Terra 的真空室液/气馈入装置有助于将流体无缝通道到真空环境中，支持开环和闭环系统。该组件安装在客户指定的法兰上，并支持超高真空焊接。额外的管段延长了热路径，确保真空安装器件的最佳温度维持。它还支持驱动气体或液体驱动的电机，从而增强真空系统的功能。可根据要求提供定制配置，以满足特定要求。

Terra 的真空室视口采用密封透镜，专为在真空环境中实现最佳观察而设计。这些视区可以根据要求进行自定义，以满足特定要求。每个单元都是易碎的，应极其小心地处理和安装，以避免划伤，从而损害完整性，在不利条件下可能导致内爆或倒塌。确保所选玻璃在目标波长上有效透射。为了减少热梯度，用多层铝箔覆盖观察区域和法兰，提供反射屏蔽。

Terra 的真空室电源馈入装置通过各种端子、额定电压和电流容量提供电力。这些馈通件提供可焊接、CF 和 KF 法兰和底板安装版本，起始电压为 50V，电流为 1-15A。这些馈入件设计为一侧在干燥气氛中作，另一侧在小于 1 x 10^-4 Torr 的真空中运行，可确保可靠的性能。

可以要求定制配置以满足特定需求，并联系 terra 专家讨论您的应用要求和

定制真空室制造的注意事项

Terra 的定制真空室设计和制造服务可以提供更大的内部空间和独特的几何形状，以支持超大部件尺寸、精确的温度控制、传感器集成以及监测或控制真空室内温度、湿度或气体混合物的设备。

真空室的定制制造涉及几个关键步骤，以确保最佳性能和可靠性：

设计咨询：与 Terra 的工程师合作，确定暗室的规格，包括尺寸、形状和材料选择。我们可以帮助您优化设计并确保最终产品满足应用要求。

材料选择： 根据上述应用要求和关键考虑因素，获得有关适当材料的咨询。应评估抗拉强度、硬度和热膨胀等材料特性。

精密加工：Terra 最先进的加工技术允许以高精度制造腔室组件。精确的加工对于保持严格的公差和确保组件的正确配合至关重要。

焊接和组装：Terra 采用手动和自动焊接技术来组装腔室，确保可重复的气密密封和结构完整性。

表面处理：电解抛光是几乎所有 Terra 不锈钢产品的可选附件，旨在减少释气、提高清洁度并促进净化。

测试和验证：Terra 执行严格的测试以验证腔室的性能，包括泄漏测试和真空度验证。测试可确保暗室符合所需的规格并在实际条件下可靠运行。