Материалы для использования в вакууме — это материалы, которые показывают очень низкие показатели газовыделения в вакууме и, где это применимо, устойчивы к температурам прокаливания. Требования становятся все более строгими с желаемой степенью вакуума, которая должна быть достигнута в вакуумной камере.
Материалы могут выделять газ несколькими механизмами. Молекулы газов и воды могут адсорбироваться на поверхности материала (поэтому необходимо выбирать материалы с низким сродством к воде, что исключает многие пластики). Материалы могут сублимировать в вакууме (сюда входят некоторые металлы и их сплавы, в первую очередь кадмий и цинк). Или газы могут выделяться из пористых материалов или из трещин и щелей. На поверхностях могут присутствовать следы смазочных материалов, остатки от обработки. Особый риск представляет собой газовыделение растворителей, абсорбированных в пластике после очистки.
Выделяющиеся из материалов газы не только снижают качество вакуума, но и могут повторно абсорбироваться 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, пусть и медленно (и обычно требуются повышенные температуры выше комнатной); однако это обычно не является проблемой. Некоторые материалы также могут расширяться или увеличиваться в размерах, вызывая проблемы в чувствительном оборудовании.
Помимо проблем, связанных с газом, материалы должны сохранять достаточную прочность во всем требуемом диапазоне температур (иногда достигая криогенных температур), сохранять свои свойства (эластичность, пластичность, электро- и теплопроводность или ее отсутствие и т. д.), поддаваться обработке и, по возможности, не быть слишком дорогими. Еще одной проблемой является соответствие коэффициентов теплового расширения смежных 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, включая рост усов из таких материалов, как олово или цинк, что может привести к физическим проблемам или коротким замыканиям.
Обзор материалов и вопросов для рассмотрения
Металлы
Пластмассы
Стекло 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
В дополнение к вышеперечисленным проблемам, материалы для использования в космических аппаратах должны справляться с радиационными повреждениями и ультрафиолетовым излучением высокой интенсивности, тепловыми нагрузками от солнечного излучения, радиационным охлаждением транспортного средства в других направлениях и теплом, вырабатываемым в системах космического аппарата. Еще одной проблемой для орбит, близких к Земле, является наличие атомарного кислорода, что приводит к коррозии открытых поверхностей; алюминий является особенно чувствительным материалом. Серебро, часто используемое для поверхностно-осажденных межсоединений, образует слой оксида серебра, который отслаивается и может эродировать вплоть до полного отказа.
Поверхности, чувствительные к коррозии, можно защитить соответствующим покрытием, чаще всего золотом; возможен также слой кремния. Однако слой покрытия подвержен эрозии под воздействием микрометеоритов.
