Глубокий вакуум. 
Материаловедение и технология материалов

Действие глубокого вакуума способствует испарению металла. Приемлемыми металлами для использования в вакууме являются кобальт, никель, ниобий, тантал, молибден и вольфрам. Если нарушается термодинамическое равновесие металла с газовой фазой, то и на границе возникают процессы либо конденсации из паровой фазы, либо сублимации.

Вакуум характеризуется низкой молекулярной плотностью. Некоторые металлические конструкции работают при внешнем давлении 10 ¹²—10 ⁴ мм рт. ст., что и соответствует глубокому вакууму.

При 100—200°С значения плотности окружающей среды ниже упругости паров многих технических металлов, что приводит к их испарению.

Менее стойки к испарению в вакууме такие металлы, как кадмий, цинк и магний, упругость паров которых соответственно составляет КГ⁴, 10 ⁽⁾, 10"' мм рт. ст. Магний может работать при таких давлениях фиксированное время, а алюминий, бериллий, железо, никель, кобальт, титан и их сплавы могут работать длительное время и при этом не испаряться.

Тугоплавкие металлы — тантал, молибден, вольфрам — заметно не испаряются даже при сильных нагревах. Хром при нагреве выше 1400 °C интенсивно улетучивается.

На процесс сублимации металлов активно влияет поверхностная оксидная пленка металла. Пленка нс является абсолютно плотной и содержи !' разного рода микронесплошности. При изотермическом отжиге в вакууме атомы летучего компонента проникают через эти дефекты и покидают поверхность металла, создавая за счет этого повышенную концентрацию вакансий в зоне дефекта. При слиянии вакансий образуются микропоры на границе раздела металл — оксид, что приводит к отслоению и разрушению пленки, увеличению площади дефекта. Также быстро испаряются атомы примесей, образуются микропоры и, таким образом, ускоряется процесс удаления пленки.

Одним из путей борьбы с сублимацией является создание защитных покрытий, обладающих большей стабильностью в вакууме, чем основные металлы.

Керамические материалы, состоящие из оксидов и других соединений алюминия, бериллия, хрома, магния, кремния, титана и цинка, пригодны для длительной работы в условиях вакуума.

Вторая проблема, которая возникает при работе в глубоком вакууме, — это холодная сварка. В вакууме резко увеличивается коэффициент трения из-за отсутствия оксидных пленок и адсорбированных газов на поверхности сплава. Это затрудняет процесс скольжения в узлах трения и приводит к так называемому схватыванию сопрягаемых деталей. Жидкие смазки при этом использовать не представляется возможным из-за их испарения.

В качестве смазки в условиях глубокого вакуума используются металлические покрытия из серебра, золота, кобальта и никеля. Недостатком этих покрытий является недолговечность. Более перспективными являются твердые смазки с низкой упругостью пара: графит, дисульфид молибдена (MoS₂), вольфрам.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Что такое жаростойкость?
• 2. Каковы методы повышения жаростойкости?
• 3. Дайте определение жаропрочности.
• 4. Назовите основные методы повышения жаропрочности.
• 5. С какой кристаллической решеткой необходимо применять металлы при криогенных температурах?
• 6. За счет чего при старении сплавов повышается жаропрочность?
• 7. Что такое усталость?
• 8. Что такое предел ползучести?
• 9. Что такое предел длительной прочности?
• 10. Какая структура должна быть у жаростойкого сплава, и какая — у жаропрочного сплава?