發布日期：2022-11-05 點擊率：68
對玻璃高真空系統或超高真空系統中的玻璃元件材料來說，將其所含的氣體從其中排除是非常重要的。只要對材料施加一定的能量并且能量被其所含的氣體吸收，就會使材料產生某種程度的放氣。放出的主要氣體種類取決于所加能量的形式：烘烤加熱主要放出水，電子轟擊放出氧，紫外線和γ射線照射放出氫和水，對硼玻璃進行中子轟擊可放出氦。
雖然在常溫下玻璃本身固有的蒸氣壓很低(10-13~10-23Pa)，但是在玻璃的制備過程中，氣體被捕獲于玻璃內部成為合成產物，而且還被吸附在表面上，這些氣體主要由H2O(約90%)、CO2和O2組成。特別是當玻璃處于蒸汽中時，其表面的硅膠呈海綿狀，大量的水蒸氣吸附在其中。因而在真空環境中使用的玻璃至少應該在其最高工作溫度下進行徹底的烘烤除氣。
玻璃在烘烤加熱時的氣源主要來自表面、表層和內部3個方面。
表面
玻璃表面存在大量的OH-，對水的親和力很強，因此玻璃表面吸附了大量的水分子(包括少量的CO2)。這部分氣體與表面的結合力較小，屬于物理吸附和弱化學吸附，吸附熱約為20.93~46.06kJ/mol。一般在真空中加熱到150~200℃時，這些吸附氣體在幾分鐘之內即可從大部分玻璃上解吸。
風化表層
玻璃存在一個獨特的風化表面層。含堿性氧化物越多的玻璃(鈉玻璃、鉛玻璃等)因其堿性氧化物化學穩定性差，易受水汽侵蝕，所以越容易風化。風化層厚度一般為幾微米，所含氣體主要是H2O，其氣體量約為10-2Pa·L/cm2。玻璃如果長時間處于高溫、潮濕的環境中，風化層還會加厚，甚至使玻璃失去透明性，這時的含氣量將顯著增大。在常用的玻璃中，只有鋁硅玻璃由于其成分中含有較多的Al2O3，使其抗水性能大大增強，因此沒有風化層。
玻璃在真空中加熱到300~400℃時，水可從Si-OH-OH-Si結構中平穩脫出，形成了Si-O-Si+H2O，并使玻璃的風化層復原。玻璃表層中的水分子的擴散激活能約為83.74kJ/mol，除掉表層內的氣體需要在300~400℃的溫度下加熱1h左右。
玻璃風化層是玻璃的重要氣源，如能預先除掉，則排氣時的出氣量可顯著降低。已風化的玻璃在相對濕度小于60%的干燥空氣中加熱到450℃，約1h后可以除去風化層，其效果與真空除氣相當。玻璃的風化層也可以用濃度為1%的HF酸去除。但氟會被玻璃吸收，當電真空
件除氣烘烤時，氟會釋出使陰極中毒。因此電真空器件不能用該方法。
體內
玻璃體內含有大量的氣體，主要是H2O及少量的CO2、O2和SO2。這些氣體是在玻璃熔煉和熱加工期間溶解進去的，其濃度與堿金屬含量有關，普通玻璃的含氣濃度約在10Pa·L/cm3以下，無堿玻璃(難熔玻璃)只有該值的1/100。玻璃體內的OH-主要靠替位式擴散向表面遷移，擴散速率很低而且需要很高的擴散激活能。只有當加熱溫度高于450℃時，玻璃體內才產生緩慢放氣現象，而且放氣過程與溫度成指數關系。因此為使在真空環境下工作的玻璃得到徹底地除氣，一般要將玻璃元件加熱到玻璃的應變點(即黏度為1013.5Pa·s時的溫度)以下幾十度進行較長時間的烘烤除氣。如果玻璃的工作溫度不超過300℃，則體內放氣對器件的真空度幾乎沒有影響，可以不考慮。
如果想要去除玻璃元件中的氧或表面的氧化物，則可在高真空下烘烤除氣的同時進行電子轟擊除氣。電子的轟擊能量為10~25keV，電子轟擊時玻璃所放出氣體的95%是氧氣，其余的主要是二氧化碳和氫。當在350℃下進行電子轟擊時，會加速氧在玻璃中的擴散放出。
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