在真空加工中,水蒸气是一个常见的问题。水分子因其高度极性,容易粘附在金属表面,尤其是在不锈钢的氧化铬保护层上。这些水分子必须从真空系统中排出,否则会延长达到所需真空度的时间。
水蒸气的挑战
水蒸气的排除不仅依赖于泵的容量,还与水分子从金属表面的解吸动力学有关。因此,通常会使用加热系统来加速水的释放。然而,某些真空泵(如油浴旋转泵)在抽吸水蒸气时会出现性能下降的问题,因为水会在油中积聚,影响泵的极限压力。
替代管理策略
为了有效管理“水负荷”,设计师提出了一种通过冷却表面冻结水蒸气的策略。这可以通过外部制冷装置流动的热载体流体来实现,理论上只需保持温度低于0°C即可。然而,实际情况往往更加复杂,因为固态材料的蒸气压在低温下仍可能较高。
蒸气压的影响
例如,冰的蒸气压在较高温度下(如-25°C时为6.7 mbar)仍然相当可观,要达到1x10^-5 mbar的真空水平,必须降至-112°C。普通冷却设备无法达到如此低的温度,因此需要使用更复杂的冷却系统。
虽然使用低温系统管理真空沉积中的水蒸气是一种有效策略,但不建议使用简单的冷却装置。所需的温度低于-110°C,必须依赖复杂且昂贵的设备来实现。