Проникновение газов через вакуумно-плотную керамику, в которой нет сквозных пор и не происходит нарушения структуры в рабочих условиях, связано в основном с диффузией газов через монолитные структурные элементы — кристаллы и стеклофазу. Какие-либо аномальные явления газопроницаемости по границам структурных элементов маловероятны, так как связь между стеклом и кристаллами и между самими кристаллами весьма надежна. Исключение могут составлять материалы, в которых стеклофаза и кристаллофаза настолько отличаются по термическим свойствам, что в процессе нагревов и охлаждений на границах их раздела будут возникать микротрещины. К аналогичному эффекту приводят также структурные превращения кристаллофазы, например, в стеатитовой керамике, протекающие с изменением объема и разрушением кристаллов.
Современные керамические вакуумно-плотные материалы — алюмооксидная, форстеритовая керамика и керамика из окиси бериллия — не имеют этих пороков. Поэтому в них газопроницаемость носит только диффузионный характер.
При этом в отличие от металлов, через которые газы диффундируют в атомарном состоянии, через окисные керамические материалы диффузия осуществляется в молекулярном состоянии, В связи с этим можно ожидать, что газопроницаемость через плотную керамику будет существенно меньше, чем через металлы. В особенности это должно быть характерно для керамики, имеющей поликристаллическую структуру с малым содержанием стеклофазы, так как размеры элементарной ячейки кристаллов, через которые могут диффундировать газы, значительно меньше пустот структурной сетки стекла.
Анализ показывает, для плотной алюмооксидной керамики можно ожидать лишь проникновения гелия и водорода, так как диаметр их молекул составляет соответственна 1,1 10-8 и 2,7 10-8 см, что близко к диаметру пустот неискаженной решетки окиси алюминия — (1,1…2) 10-8 см.
Процесс проникновения газов через оболочку складывается из следующих этапов: адсорбция газов на внешней стенке; растворение; диффузия; десорбция с вакуумной стороны.
Из всех этих процессов наиболее медленно протекающим является процесс диффузии, скоростью которой в основном и определяется количественная характеристика газопроницаемости.
Экспериментальное исследование величины газопроницаемости в широком диапазоне температур — весьма трудная задача. Особую сложность при этом представляет создание уплотнений на испытуемом образце, нате-кание через которое не искажало бы получаемых результатов.
Из-за методических трудностей в имеющихся немногочисленных публикациях о газопроницаемости плотной керамики имеются существенные расхождения. Однако общепринятым является мнение, что плотные керамики из окислов алюминия и бериллия и форстерит вплоть до 1000 °С имеют очень незначительную газопроницаемость — на несколько порядков меньшую, чем металлы, широко применяемые для изготовления оболочек вакуумных приборов.
Для керамических материалов 22ХС и А-995 данные по газопроницаемости были получены масс-спектрометрическим метолом.
Для образцов керамики 22ХС и А-995 с толщиной стенки 1 мм не было обнаружено проницаемости по гелию, воздуху, водороду и азоту в интервале температур от комнатной до 1000 °С. Даже по гелию газопроницаемость была меньше, чем
.
Необходимо отметить, что указанные материалы сохраняют такой уровень газопроницаемости и при толщинах образцов 0,3…0,5 мм.
Достаточно близки к приведенным данным по газопроницаемости зарубежные марки вакуумно-плотной алюмооксидной и форстеритовой керамики. При температуре 750 °С скорость проникновения гелия, азота, водорода, воздуха, окиси и двуокиси углерода сквозь керамику столь незначительна, что величину газопроницаемости трудно установить на фоне выделяющихся остаточных газов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.