UHV 真空腔體與零組件｜超高真空製造

低於約 1 × 10⁻⁹ mbar 之後，腔體內的殘餘氣體不再來自漏點，而是從內表面釋出。因此達到 UHV 首先是製造與表面處理的問題，其次才是抽氣問題，而這正是我們掌控的部分。

超高真空到底需要什麼

四件事同時到位：全金屬密封的腔體、已移除變形層的內表面、能驅離吸附水氣與氫的烘烤循環，以及能達到所需基礎壓力的抽氣系統。任何一項沒做到，腔體就會卡在高真空，其他三項再好也一樣。

水是新組裝腔體內的主要殘餘氣體。它從氧化層以及加工留下的變形金屬中脫附。電解拋光移除 20–40 µm，留下鉻富集、表面積更低的表面；接著以 250–400 °C 烘烤驅離剩下的部分。機械拋光與電解拋光的腔體，抽氣時間可以差一個數量級。

Viton 在約 150 °C 以上就會滲透與放氣，而這低於任何有用的烘烤溫度。因此 UHV 系統高真空側的每個接合處都必須是搭配銅墊圈的 ConFlat，讓密封為金屬並能承受烘烤。KF 只適合粗抽側，其他位置都不行。

316L 是預設材料，因為它耐蝕且電解拋光後的行為穩定。導磁率必須維持低值時指定 316LN，例如靠近電子柱或磁透鏡處。鋁合金用於重量主導設計的極大型腔體，但它需要專屬的銲接與清洗路線，且在低壓端的放氣更難控制。

UHV 系統需要的不只是一個容器：CF 法蘭、觀視窗、饋通、波紋管、操作器，以及抽氣與錶頭接管，全部都採金屬密封，且都能烘烤到與腔體相同的溫度。把腔體與其接管在同一次裝夾中加工，可避免筒身完工後才配裝接管所產生的偏心。

什麼壓力才算超高真空？

約低於 1 × 10⁻⁹ mbar（大約 7.5 × 10⁻¹⁰ Torr）。高真空約在 1 × 10⁻⁷ mbar 結束；兩者之間還有一段彈性體密封仍可用、但腔體不改成全金屬密封加烘烤就降不下去的區域。

UHV 腔體為什麼要烘烤？

因為水與氫會從內表面脫附，而這個脫附正是把壓力撐住的原因。在持續抽氣下加熱到 250–400 °C 可將其驅離。不烘烤的話，每次腔體開放大氣，表面就會重新吸附水氣。

316LN 是什麼？什麼時候需要？

316LN 是低碳含氮、導磁率受控的不鏽鋼。當磁場會干擾製程或量測時就會指定，例如電子束柱周邊。

UHV 腔體可以銲接而不靠螺栓嗎？

可以，而且筒身採銲接結構是常態，因為銲道是永久金屬密封，沒有墊圈需要烘烤除氣。但這也意味著腔體無法拆解，設計必須在銲接前就定案 — 所以我們在銲接後、而不是銲接前加工密封面。

腔體抽到 UHV 要多久？

一個電解拋光與烘烤都做好的數十公升腔體，抽氣後通常一天內可達 10⁻⁹ mbar。表面被抹平又沒烘烤的腔體可能要花好幾週，甚至永遠到不了。

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