Материалами для использования в вакууме являются материалы, которые демонстрируют очень низкую скорость газовыделения в вакууме и, где это применимо, устойчивы к температурам отжига. Требования становятся все более строгими по мере достижения желаемой степени вакуума в вакуумной камере.
Материалы могут производить газ по нескольким механизмам. Молекулы газов и воды могут адсорбироваться на поверхности материала (поэтому приходится выбирать материалы с низким сродством к воде, что исключает использование многих пластиков). Материалы могут сублимироваться в вакууме (включая некоторые металлы и их сплавы, особенно кадмий и цинк). Либо газы могут выделяться из пористых материалов или из трещин и щелей. На поверхностях могут присутствовать следы смазочных материалов, остатки механической обработки. Особый риск представляет собой выделение газов растворителей, абсорбированных пластиком после очистки.
Газы, выделяющиеся из материалов, не только снижают качество вакуума, но также могут реабсорбироваться на других поверхностях, создавая отложения и загрязняя камеру.
Еще одной проблемой является диффузия газов через сами материалы. Атмосферный гелий может диффундировать даже через стекло Pyrex, даже если медленно (и обычно необходимы повышенные температуры выше комнатной); Однако обычно это не проблема. Некоторые материалы также могут расширяться или увеличиваться в размерах, вызывая проблемы в хрупком оборудовании.
Помимо газовых проблем, материалы должны сохранять достаточную прочность во всем требуемом диапазоне температур (иногда доходящих до криогенных температур), сохранять свои свойства (упругость, пластичность, электро- и теплопроводность или ее отсутствие и т. д.), быть поддающимся механической обработке и, по возможности, не быть слишком дорогим. Еще одной проблемой является соответствие коэффициентов теплового расширения соседних деталей.
Материалы, которых следует избегать
Материалы выделяют газы тремя способами: выделение абсорбированных газов (десорбция из объема материала), выделение адсорбированных газов (десорбция только с поверхности) и испарение самого материала. Первое можно уменьшить путем прокаливания, последнее является внутренним свойством материала. Некоторые выделяемые газы могут осаждаться на других поверхностях, загрязнять вакуумную систему и от них трудно избавиться.
Наиболее распространенными источниками неисправностей (выделения газа) в вакуумных системах являются:
Существуют также дополнительные физические проблемы, связанные с вакуумом, в том числе рост усов из таких материалов, как олово или цинк, что может вызвать физические проблемы или короткое замыкание.
Обзор материалов и вопросов для рассмотрения
Металлы
Пластмассы
Стекла и керамика
Смазочные материалы
Смазка движущихся частей является проблемой для вакуума. Многие смазочные материалы имеют неприемлемые скорости газовыделения, другие (например, графит) теряют смазочные свойства.
Клеи
Материалы для использования в космосе
Помимо вышеизложенных проблем, материалы для использования в космических кораблях должны выдерживать радиационное повреждение и высокоинтенсивное ультрафиолетовое излучение, тепловые нагрузки от солнечного излучения, радиационное охлаждение корабля в других направлениях и тепло, выделяемое в системах космического корабля. Еще одной проблемой для орбит, расположенных ближе к Земле, является наличие атомарного кислорода, приводящего к коррозии открытых поверхностей; алюминий – особенно чувствительный материал. Серебро, часто используемое для наплавленных межсоединений, образует слой оксида серебра, который отслаивается и может разрушаться вплоть до полного выхода из строя.
Чувствительные к коррозии поверхности можно защитить подходящим покрытием, чаще всего золотом; также возможен слой кремнезема. Однако слой покрытия подвержен эрозии микрометеороидами.