Kovy ve vakuové technice ocel AI a AI slitiny Cu a Cu slitiny Ti K o var Hg Spojování cm3(NTP) í r 1 1 1 1 500 1000 1500 2000 ICC) Obr. 6.1. Závislost množství vodíku (v cm3 při normálním tlaku) rozpuštěného v 100 g kovu na teplotě (podle Waldschmidta a kol., 1954) Tab. 6.1. Hlavní charakteristiky materiálů týkající se odplyňování Odplyňování Materiál ve vakuu Poznámka ve vodíku teplota doba teplota doba (°c) w (°c) (min) wolfram ~1 800 8-10 1 100-1400 2-5 wolframové katody se {dráty, tyče) neodplyňují v peci molybden 900 - 950 1000-1200 30 tantal 1000-1500 není dovoleno ve vodíku křehne platina 900-1 000 ve vzduchu 600 - 800 950 5-10 nikl a jeho 700- 950 >0,5 950-1 050 teplota závisí slitiny bez na tvaru materiálu obsahu médi železo a jeho 900-1000 >1 ve vysoce Čistém vodíku slitiny bez 800-1 000 >2 obsahu mědi, nerezavějící ocel med a její slitiny 500- 550 nedoporučuje se slitiny zinku a cínu (např. bez obsahu zinku mosaz) se v peci a dnu neodplyňují grafit a gra(- závisí na druhu není dovoleno ve vodíkové atmosféře fitované kovy kovu; Čistý grafit při 1200-1800 se tvoří uhlovodíky wolfram a nikl 950 15 s povlakem kys- ličníku chrómu JO" JET > \ \ \ \ \ >> v \ \ v \ ~\N s. O*. \\ V \ v \V vs . ^ <\ 0,1 1 10 100 r (h) Obr. 6.2. Proud uvolňovaného plynu z jednotky povrchu kovu a skla (/, des) v závislosti na době během níž byl materiál vložen do vakua (podle R. Henryho, i 969). Nerezavějící ocel X18H10 při 670 K (plné křivky): / — neopracovaná, mořená: 2 — mechanicky leštěná, mořená: 3 — elektrolyticky leštěná po dobu 15 min. Lehká hliníková slitina (s obsahem Mg, Mo a Cr) při 300 K (čárkované křivky): 4 — neopracovaná; 5 — neopracovaná, mořená. Borokřemičitě sklo při 300 K (čerchované křivky): 6 — předem neodplyněné; 7 - po odplynení při teplotě 370 K během 5 h a potom vystavené vzduchu po dobu 14 h Pevnost Material Cylinder? End plates Hemisphe rical Djh Copper at 20°C 84 10 52 15 600 Copper at 500°C 58 8.5 — — — Nickel at 20°C 100 11 73 8 780 Nickel at 500°C 90 10.5 — — _ Aluminum 20°C 70 9 37 57 470 Aluminum 500°C 62 8.7 — — — Stainless steel 20°C 105 11.6 89 3 830 Stainless steel 50O°C 89 10.5 — ._ Glass (hard) 20»C 70 9 16 !: 470 Neoprene 20°C 2.5 1.7 10 0.2 30 Teflon 20°C 12 3.8 14 9 — PVC (Tyson) 3.7 2.1 — — — Perspex — — 30 — — Mica — — 58 15 — Válec, Di ~ D = 25 cm, T = 20 °C h [mm] hi[mm] 5 [mm] Cu 3 5 0.33 AI 3.6 6.76 0.12 nerezová ocel 2.4 2.81 0.93 tvrdé sklo 3.6 15.6 0.13 teflon 20.8 17.9 1.88 Ocel Ocel je slitina železa, uhlíku a dalších legujících prvků, která obsahuje méně než 2,14 % uhlíku. Vyrábí se asi 2500 druhů ocelí. • nelegované oceli - obsah legujících prvků je nižší než 2,11 % nízkolegované oceli - obsah legujících prvků po odečtení obsahu uhlíku je nižší než 5 % • vysoce legované oceli - obsah legujících prvků je vyšší než 5 % Nerezová ocel • austenitická - minimálně 10% chrómu a Ni, nemagnetická • feritická - minimálně 10% chrómu, magnetická Vlastnosti najdôležitejších austmitickijch chrómniklových ocelí &. výroby (Poldina hut) Druh oceli AKVN AKVS AKL A K V Extra AKV E stra AKOR AK S 2 AK8 Hustota g/cm3 7,85-7,9 ca 8,0 Najväčšia prevádzková teplota °C 400 800 400 400 800 (900) (600) (600) Pevnosť v ťahu7 kg/mm2 65 65 I 35 65 65 70 55 65 Ťažnosť1 % 55 45 52 50 35 - 40 35 Medza tečenia7 kg/m m 2 25 28 20 27 30 35 24 25 Kontrakcia7 % 60 60 63 i 60 60 55 15 65 65 30 Vrubová húževnatosť kg . m cm2 30 25 - 30 20 30 Brinellova tvrdosť7 kg/mm' 185 185 1.55 185 195 - - 185 Eriehscnova, skúška7 mm 13 11 14 12 11 - - Merné teplo pri 2f) "0 cal/g ca 0,1 2 Tepelná vodivosť (20 "G) cal cm sek "C 0,035 -0,05 Súř. lin. rozťažnosti pri: 20-lÓ0'°C pri: 20-500 °C ]0-'l/°C 150 150 1.50 150 150 : 130 i 145 170 10-'xl/°0 180 180 180 180 180 ; 150 ; 173 185 Magn. vlastnosti nemagn. (fi «= 1,001-1,04) Chemicky odoláva HNO, HNOg; H,S04; HKO,; H,SO( HCI a,so, HCI (nie proti HKO,) Dodáva sa v tvare 3 4 > 5 S r ;■• j..- 1 Tyťiř. a Výkovlív. a Plechy. 5 Bezoívové rúry. fl Rrot. ' Vo vyJ.íhunrim stávo; Stainless steel blank cleaned 2.7 10' 5.4 10 s Stainless steel polished cleaned 2 10 8 4 • 10"9 Stainless steel pickled heated for 1 hour, ■A 10* ?.H 10'' Stainless steel bead blasted vented with normal air 3 ■ 10™ 6.5 10 11 Steel Ni plated polished cleaned 2 ■ 10-7 1.5 10s Steel Cr plated polished cleaned 1.3 10s 2.2 10-» 'Steel ri.?:cd 6 10"7 1.6 107 Steel blank cleaned 5 10' 1 107 Steel bead blasted cleaned 4-10-' 8- 10s Aluminium cleaned 6-10* 1.7 10"8 Brass cleaned 1.6 10-« 5.6 10"7 Copper cleaned 3.5 10"' 9.5 108 AI a AI slitiny Čistý AI se špatně obrábí. Dural je obchodní označení pro různé slitiny obvykle 90 - 96 % hliníku a 4 - 6 % mědi s menšími přísadami mědi, hořčíku, manganu aj. Oproti čistému hliníku (měrná hmotnost 2,7 g/cm3) je dural jen nepatrně těžší (typicky 2,8 g/cm3), ale až pětkrát pevnější v tahu i tvrdší. Pevnost i tvrdost se zvyšuje tepelným opracováním a zušlechťováním, podobně jako u ocelí. Používají se následující třídy hliníkových materiálů: • 2000 - nesvařitelné, vytvrditelné za tepla, dobrá pevnost; použití na komponenty; duralové slitiny (AlCuMg), • 3000 - slitiny AlMn, • 5000 - svařitelné, nevytvrditelné, • 6000 - svařitelné (musí se ještě ale tepelně upravit), vytvrditelné za tepla. Slitiny AlMgSi, • 7000 - svařitelné, vytvrditelné za tepla; slitiny AlZnMg, • 7075 - nejpevnější hliníková slitin 4 & > 4 -š ► 4 š ► Cu a Cu slitiny Druhy medi Obsah v % Poznámka 0u + Ag o p S Zn Hg Odkysličená meď ä 99,90 - 0,025 - - -' odkysličená prísadou fosforu do taveniny Meď Lake > 99,90 — — — — — obsah Ag asi 0,003% (= 10oz/t) Elektrolytická meď ETPC1 ž 99,90 (>0,04) (0,003) (0,03) — — neobsahuje Ag Meď OFHC II. ä 99,92 < 0,001 0,0003 < 0,004 — — skúška na ohyb bez kyslíka2 ž 4X Meď OFHC I. > 99,96 0,0000 0,0000 < 0,004 0,0003 0,0001 skúška na ohyb bez kyslíka3 ž lOx Meď bez plynov, ^ 99,993 0,0000 0,0000 g 0,0001 - tavená a odliata vvsoko éistá vo vákuu „GFHP"4 1 Druh: .Electrolytic lough pitch copper. 2 Druh: Oxygen free Aigh Conductivity ..regular" podia ASTM spec. B 170-47 (atopy Cu20 au nedokazateTne v mikroskope pri zväčšení 75 x }. 8 Druh: Oxygen free Äigh Conductivity ..certified" (stopy Cu.0 sú nezistiteľné v mikroskope pri zväčšení 200 x). 4 Druh: Oas free Mjzh purity. Výrobca: American Metal Corp. Označenie Obsah % Sn ľ ľb Fe zn Sb Fosforový bronz 1 > 98,5 1,0-1,5 atopa Fosforový bronz 5 zvyšok 3,5+5,8 0,03+0,035 < 0,05 < 0,1 < 0,30 (< 0,0i)1 Bronz na valcovanie WBz 6 podia DIN 1705 — 94 = 6 « 0,2) 4 4 4 Fosforový bronz 8 92 7,0+9,0 0,03+0,35 < 0,05 < 0,10 < 0,20 K o,oi)' Fosforový bronz 10 = 90 9,0+11,0 0,03+0,25 < 0,05 < 0,10 < 0,20 K o.oi)1 Bronz na zlievanie GBz 14 86 ± 1 14 + 1 < 1,0 <0,2 ■2 < 0,23 Bronz na zlievanie GBz 20 80 + 2 20 ± 2 < 1,0 <0,3 2 < 0,23 1 Sb sa prisádza len pre plechy. 8 Obsah Zn = 1% včítane obsahu všetkých ostatných znečistenín (Pb, Sb, Fe, Mn, Bi; Al, Mej, S, As). » Ostatné zneřistentny \v %} podTa DIN 1705 : Mn<0,2; Bi < 0,01; Al<0,01; M? < 0,01; As <0,15 (Ni ■< 0,5, v prípade potreby max. 1% M). 4) Pre vákuovú techniku 0,01 aj menej. F6450 Mosaz Obsah On a»i % 9ymbo] Označenie (*v_0SA) Zloženie % Hlavné poulitie Du Zn Pb Fe Ostatné 95 •Gilding metal 04—96 zvyäok < 0,03-^0,05 0,05 SO Ms 90 Červený tombak "•"Commercial Bronze 90 S9-91 zvyšok zvyiSok < 0,05 <: 0,05 celkom < 0,13 spracovanie za studena (plechy, kovový tovar, jemné drôty, sitá, filtre) 85 Ms 85 Stredný tombak •Red Brass 85~~ 84-:- 86 zvywok ävýšok •.- 0.05 Sn: < 0,15 80 Ms SO Svetlý tombak *Low Brass 80 78,6-ŕ81,5 zvyíok zvyšok < 0,05 <0,05 72 Ms 72 Žltý tombak 72 zvyšok ťahanie, tlačenie, razenie (drôty, pružné vlnovce, plechy) 70 (Ms70) •Cartridge BrauR 68,5-=-71,5 zvyšok < 0,07 < 0,05 ostatné < 0,15 67 Ms 67 Poiotombak 67 zvyšok hlboké ťahanie (rúrky, dutinky, profily) tvrdé spáj- 65 (Ms 65) •Yellow Brass 64^-67,5 zvyáok < 0,1; 0,3 < 0,05 kovacie, použivatelné na vzduchu 63 Ms 63 Mosadz na tlačenie 63 zvyšok <0,5 ostatné < 0,2 ťahanie, dobre tvárna za studena, spájkovatelná s ľahko tavitelnou »pájkou striebornou 60 Ms 60 Mosadz kujná *Muntzov kov 60 58-Ť63 zvyšok zvyrok 0,2 < 1,1 0,15 lisovanie za tepla, zlé trieskové opracovanie •Forging Brass — 60- 38 = 2 kovanie, opracovanie trieskové na automatoch 58 Ms 58 Mosadz tvrdá 58 zvySok 2 1 Podia Dlľí 1709, Werkstoffhandbuch a MataJa Handbook. s V zátvorkách iivMzané druhy sa V Hurópc nepoužívajú a nie sú normalizovaní. Konstantem Dl š -00,0 Titan f 300 250 50 - T» soo ___x- ^*—»— --x— ■x- —x— ■i -K ŕ i— ----6 10 "C 0 1 1 i Ti-H2 ' /ŕ 1 ŕ 1 / 1/ 800'C >—a M T. 101 O'C . — —> -X---' 1O0 300 300 400^ 500 600 mm H j. soo O b r. 7,2-18. Rozpustnost vodíka m v titáne v závíglosti od tlaku Hj pri rôznych teplotách T (Izotermy podlá Sie ver tea), o---o---o: eorpcla; x — x — x : desorpcia. i -00.0 atomů plynu 10* atomu kow 300 400 300600 800 1000 2000'C Obr. 3,5-6. Závislost rozpustnosti (0) vodíka v tantale a v iných kovoch od. teploty T (poíri ofcr. 4,2-5, 5,2-10, 7,1-7). Kovářové slitiny y ■ v' / / // Jf / / / V wo m 600 wi) --- T" [Cl Obr. 6,1-9. Priebeh rozťahovania pře zátavy do skla nevhodnej (nezvratnej) zliatiny FeííiCo (52/24/24) pri ochladzovaní (----) a novom ohreve (-----): v hode Ara nastáva pri ochladzovaní premena Štruktúry 2 fázy y na fázu «, ktorá má oveľa väčšieho súčlniteľa rozťažnosti ako sklo ( — . — . — . — ), ktoré bolo svojim aúčmlteTom rozťažnosti prispôsobené pôvodnej fáze ■/ zliatiny FeNICo. Pri ohreve zliatiny nad bod sa síce premení do fázy y, avšak pri ochladzovaní na teplotu okolia satáto opätovne premení na fázu a, takže priebeh rozťažnosti je vždy nezvratný (pozri Espe ľl]). Ac3 / ✓ / / / / T 7052 Q 200 WO 600 800 -- T ["C] Obr. 0,1-10. Priebeh rozťahovania pra zátavy do skla vhodnej (zvratnej) zliatiny FeNiCo (54/28/17,5), pri ktorej na rozdi«l od zliatiny podia obr. 6,1-8 bol bod Ár^ znfžftný podstatne pod teplotu okolia znížením obsahu kobaltu: žlhanlm pri vysokej teplote raz nadobudnutý stav y sa zachová af pri ochladení na normálnu teplotu i počas ďalšieho ohrievania. Priebeh rozťahovania tejto kovarovej zliatiny na zátavy je a ostáva zvratný, pokiaľ sa zliatina ne-ochladí pod —100 °Ľ. Avííak aj vtedy môžeme zliatinu dokonale previesť apäť do fázy y ohrevom nad 800 °C. Podobné zliatiny môžu byť bezchybne aa-tavované do skla, ktorého sú&niteT rozťažnosti je prispôsobený fáze y (napr. aklo ,,Corniuii 7052" ■ krivka —.—. — ). O 100 200 300 W0 500 600 -^ r[*c] Oor. 6,1-14. Krivky roítaiíuosti zliatiny FcNi 42 bez kobaltu (58% Fe, 42% Ni), zliatiny FeNlCo kovar 12 (5*% Fe, 26% 3i, 18% Co> a tomuto usposobcnílio skla pre zatavovanie (Corning 70ÍI0), ako aj zliatiny FefflCo kovar A, ptíp. Nllo K a dvcen týmto prispôsobených skiel (BTH C to a Osram 756b). O W 200 300 100 500 500 --- r\°c] O br. 6,1-16. Rozptyl kriviek rozťažnosti rovnakej obchodnej zliatiny FeNiCo pre zátavy z rôznych Sarži metalurgickej výrobne (Henry Wiggin [1]). < □ ► <9 > < ^ ► < ► i -o <\ o FeCr 130.10"' —,120 o E 110 tš f 100 90 80 Cr-Fe \w 2 3 až 400 °C 0a?10 0°C 0 1í ) 2 0 3 J 4 - mCr 0 5 >CrJ 0 60 O br. 6,1-23. Závislost súčinitela teplotnej lineárnej rozťažnosti am medzi 0 a 100 °C (pozri Vacuum-schmelze Hanau) a medzi 20 a 400 °C (pozri Partridge) zliatin CrFe od obsahu chrómu mCr, 8.10 "ŕ ] i > y o 200 400 600 800 1000 120C —-TpC] O br. 6,1-35. Príznačné krivky rozťažnosti pre zliatiny chrómželeza (schematicky, pozri Itose IH). (Plná krivka: í'aza a; čiarkovaná: fáza -/.) I: stabilná zliatina 1'eCr s 28% Cr a reversibilnou krivkou rozťažnosti bez bodu zvratu a nepravidelnosti napriek ohrevu na 1200 "C: súčiniteľ rozťažnosti «a5^j.0O = (10S—110). TÚ-7 .1/9C; II: nestabilná zliatina FeCr s 28% Cr ( + 0,12% C + 0,15% >"2 + 0,30% M): pri ohreve nad 1150 °C nastane premenou fázy « "a fázu y značne stabilná fáza austenitická. ktorá sa nedá previesť pri bežnom ochladení na —185 aC nazad do ferttlckej fázy a; preto zliatina po ohreve nad 1200 JC nadobudne väčšieho súčiniteíft rozťažnosti fázy '/(ctg. •_ r(|0 aí do 130 . 10-T . l/T); TU: nestabilná zliatina FcCr so 17% Cr (bez ďalších prisad): krivka rozťažnosti vykazuje počas ohrevu pri 800 aC nepravidelnosť vyvolanú premenou zliatiny z fázy a na fázu y\ pri ochladzovaní však spätná premena z fázy y na k prebieha až medzi 350— aoo T, čo spôsobuje (pri zatavuvaní do skla v tomto teplotnom rezsahu neilnosmi) ne- pravidelnost v rozťažnosti. Hg T °0 P tor m g/ema sek T °c v tor m g/cm* sek T °C v Atm m g/cm" sek -1801 2.10-" 10-28 48 1 . 10-2 4,6 . 10~4 400 2 - 78* io-» 10-13 82 1 . 10-1 4,4 . 10-3 450 4,3 -38,9S 2,5.10-« 1,3 . 10-' 12© 1 4,1 . 10-2 500 7-^-8 -23,9 1 . io-5 5,2 . 10-' 200 17 6,5 . 10-1 600 22 -5,5 1 . io-4 5,5 . 10-« 300 246 800 86-102 18 1 . io-3 4,8 . 10-5 356,7 760 1 Přibližná teplota tekutého vzduchu. * Přibližná teplota suchého ladu (0O2) v acetone. 3 Bod tavenia H g. n ► < S •o<\o a P2 | tdpt KO^Fe ĽHH^ 75^ Al b PN TDPT 15/U.Al 15/w Ni C Pla EA 15 A s ta f 3S © 3 o obr. 9,3-37 Fe, Cu, kovar W, Mo súčiastky elektrónok NiMn (43/57) M oalOOO Ti s inými kovmi OuSi (97/3) Ag + W — prášok10 A R V 970 1025 B60 obr. 9,3-41 Ou na Cu Fe a Ni s náhradnou vrstvou spájky aJto spájka z čistého Ag W, Mo AuNi (82/18) M 950 obr. 9,3-38 W, Mo CuSnAg (85/8/7) 946 [985]" Cu, kovar o Zlozenie (váhové %) ll Bod tavenia "G Pozri: Vhodné na apájkovanie Kevhodsé na apájkovanie AgCuSn (59/31/10) 720 [740]» 714 [751]18 20 CuP (91,6/8,4) E obr. 9,3-36 Cu» Fe, zliatriny-Fe, Ni, Mo, W Agln (80/20) 693 AgCuln (63/27/10) 685 [710]» pre stupňové spájkovanie v elektrónkach AgCuSn (53/32/15) 670 [700]» 640 [704]» 20 CuAgP (80/15/5)5 Ou-Cu" Fe, zliatiny-Fe,Iíi,Mo W AgCdZnCu (50/18/16,5/15,5)s 627 [635]« 14 AgCuSn (42/33/25) Áuln (80/20)2 600 [630]» 550/630 20 Au D 450-500 tab. 9,3-10 Cu a pomedeiié čiastky PbAg (98/2) CdZnAg (78,4/16,6/5) E 304 280 [305]» Cu-Cu14 najmä lamelové chladiče na Cu vonkajšej anódy 14 Sn R 232 Cu, Pt, W SnAg (89/11) 221 10 SnPb (63/37) E 183 na predbežné pocínovanie Cu34 In 156 17 SnPbCd (50/25/25) 150 pre postriebrené plochy skla14-»