진공 챔버 내부에서 사용해서는 안 되는 재료는 무엇입니까? 가스 방출 및 오염 방지

근본적으로, 저압에서 가스나 증기를 방출하는 모든 재료는 진공 챔버 내부에서 사용해서는 안 됩니다. 가장 흔한 원인은 목재, 종이와 같은 다공성 재료, PVC 및 아크릴과 같은 많은 표준 플라스틱, 그리고 오일, 그리스, 대부분의 접착제와 같은 휘발성 물질입니다. 이러한 재료는 가스 방출이라는 과정을 통해 진공 수준을 저하시키고 챔버 환경을 오염시킵니다.

진공 재료 선택에 있어 가장 중요한 단일 요소는 가스 방출률입니다. 목표는 갇힌 가스와 휘발성 화합물을 최소한으로 방출하는 재료를 선택하여 깨끗하고 깊은 진공을 달성하고 유지하는 것입니다.

핵심 문제: 가스 방출

진공 챔버 내부의 주요 문제는 무엇을 넣느냐가 아니라 무엇이 나오느냐입니다. 가스 방출로 알려진 이 현상은 모든 진공 시스템의 적입니다.

가스 방출이란 무엇입니까?

가스 방출은 재료에 용해되거나 갇히거나 흡수되었던 가스가 천천히 방출되는 것입니다. 재료 외부의 압력이 떨어지면 이 갇힌 가스와 휘발성 분자는 더 이상 제자리에 고정되지 않고 진공 챔버로 탈출합니다. 수증기는 단연코 가장 흔한 가스 방출 분자입니다.

가스 방출이 중요한 이유

통제되지 않은 가스 방출은 두 가지 중요한 결과를 초래합니다. 첫째, 진공 펌프가 방출되는 분자를 제거하기 위해 끊임없이 작동해야 하므로 펌프가 달성할 수 있는 최종 압력을 제한합니다. 둘째, 이 방출된 분자는 광학 장치, 센서 또는 작업 중인 샘플과 같은 챔버 내의 민감한 표면을 오염시킬 수 있습니다.

증기압의 역할

모든 재료는 증기압을 가지고 있으며, 이는 재료가 증발하거나 승화(고체에서 기체로 직접 변환)하기 시작하는 압력입니다. 진공 상태에서는 주변 압력이 재료의 증기압보다 쉽게 ​​떨어질 수 있으며, 이는 재료가 활발하게 분해되어 가스로 변하고 진공을 망치고 챔버의 모든 것을 코팅하게 만듭니다.

문제성 재료 분석

목록은 길지만, 문제성 재료는 일반적으로 몇 가지 주요 범주로 나뉩니다.

플라스틱 및 폴리머

많은 일반적인 플라스틱은 진공에 적합하지 않습니다. 이들은 종종 휘발성 가소제를 포함하고 대기에서 물을 쉽게 흡수합니다.

• 피해야 할 것: PVC, 아크릴 (Plexiglas), 나일론, 비닐.
• 문제점: 수증기 및 기타 휘발성 유기 화합물을 방출합니다. 나일론은 특히 흡습성 (물을 흡수함)이 높습니다.
• 허용 가능한 대안: PEEK, Vespel (폴리이미드), PTFE (테플론)와 같은 특수 폴리머는 가스 방출률이 매우 낮습니다.

다공성 및 유기 재료

이러한 재료는 스펀지처럼 작용하여 구조 내부에 엄청난 양의 공기와 수증기를 가둡니다.

• 피해야 할 것: 목재, 종이, 판지, 면 (장갑 포함), 밀봉되지 않은 세라믹.
• 문제점: 갇힌 가스를 모두 제거하는 것이 거의 불가능하여 펌프 다운 시간이 매우 길어지고 최종 진공이 좋지 않습니다.

접착제, 테이프 및 그리스

대부분의 시판 접착제, 테이프 및 윤활제는 진공용으로 설계되지 않았으며 상당한 가스를 방출합니다.

• 피해야 할 것: 고무 접착제, 순간 접착제, 전기 테이프, 탄화수소 기반 그리스 (바셀린 등).
• 문제점: 이러한 제품의 용매 및 휘발성 성분이 빠르게 증발하여 전체 시스템을 오염시킵니다.
• 허용 가능한 대안: 특정 진공 등급 에폭시 (Torr Seal 등), Kapton 테이프, 특수 진공 그리스 (Apiezon 또는 Krytox 등)를 사용하십시오.

휘발성 금속

일부 금속조차도 특히 고진공 (HV) 또는 초고진공 (UHV) 시스템에서 온도가 관련될 수 있는 경우 문제가 될 수 있습니다.

• 피해야 할 것: 아연 및 카드늄. 황동 (구리와 아연의 합금)도 문제가 될 수 있습니다.
• 문제점: 이러한 금속은 증기압이 비교적 높고 승화하여 챔버 내부 표면을 코팅할 수 있습니다. 이 때문에 패스너는 아연 도금이 아닌 스테인리스 스틸 또는 은 도금인 경우가 많습니다.

절충점 이해

진공 호환 재료를 선택하는 것은 종종 성능, 비용 및 실용성 사이의 균형을 맞추는 것입니다.

청결이 가장 중요합니다

재료의 이력이 중요합니다. 절삭유나 지문으로 오염된 허용 가능한 스테인리스 스틸 조각은 심하게 가스를 방출합니다. 모든 구성 요소는 챔버에 넣기 전에 적절한 용매로 꼼꼼하게 세척해야 합니다.

"충분히 좋은" 원칙

진공 수준에 따라 재료 선택이 달라집니다. 저진공 응용 분야의 경우 훨씬 더 많은 유연성이 있으며 일부 가스 방출은 허용될 수 있습니다. 초고진공 (UHV) 시스템의 경우 재료 선택은 협상할 수 없으며 UHV 호환 재료를 엄격히 준수해야 합니다.

호환성의 비용

PEEK, OFHC (무산소 고전도성) 구리, 가공 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같이 낮은 가스 방출을 위해 설계된 재료는 일반적인 재료보다 훨씬 비쌉니다. 비용은 순도와 성능에 대한 것입니다.

목표에 맞는 올바른 재료 선택

선택은 전적으로 달성해야 하는 진공 수준과 공정의 민감도에 따라 달라집니다.

• 고진공 (HV) 또는 초고진공 (UHV)에 주로 초점을 맞춘다면: 스테인리스 스틸, 알루미늄, 세라믹, PEEK, Vespel, Kapton과 같이 이 환경에 특별히 등급이 지정된 재료를 사용해야 합니다.
• 저진공 또는 중간 진공에 주로 초점을 맞춘다면: 더 많은 유연성이 있지만, 합리적인 펌프 다운 시간을 보장하기 위해 목재 및 종이와 같은 고도로 다공성 재료는 여전히 피해야 합니다.
• 의심스러운 재료를 반드시 사용해야 한다면: "진공 베이크아웃"을 고려하십시오. 이는 구성 요소를 사용하기 전에 별도의 챔버에서 진공 상태로 가열하여 대부분의 휘발성 화합물을 강제로 배출하는 것입니다.

처음부터 낮은 가스 방출 재료를 우선시함으로써 진공 환경을 제어하고 공정의 무결성과 성공을 보장할 수 있습니다.

요약표:

재료 범주	피해야 할 예시	주요 문제점	허용 가능한 대안
플라스틱 및 폴리머	PVC, 아크릴, 나일론	수증기 및 VOC의 높은 가스 방출	PEEK, PTFE (테플론), Vespel
다공성 및 유기 재료	목재, 종이, 판지, 면	많은 양의 공기 및 수분 가둠	밀봉된 세라믹, 금속
접착제, 테이프 및 그리스	고무 접착제, 순간 접착제, 전기 테이프	용매 및 휘발성 물질 증발	진공 등급 에폭시, Kapton 테이프, Apiezon 그리스
휘발성 금속	아연, 카드늄, 황동	높은 증기압, 승화 가능	스테인리스 스틸, 은 도금 부품

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