UHV 腔体与部件｜超高真空制造

在约 1 × 10⁻⁹ mbar 以下，腔体内的残余气体不再来自漏点，而是从内表面释放出来的。所以进入超高真空首先是一个制造和表面处理问题，其次才是抽气问题——而前半段正是我们负责的部分。

超高真空到底要求什么

四件事同时做到：全金属密封的腔体；去除变形层的内表面；驱除吸附水和氢的烘烤工艺；以及能达到所需极限真空的抽气机组。缺任何一项，腔体都会卡在高真空，其他三项做得再好也没用。

刚装配好的腔体里，主要残余气体是水。它从氧化层和机加工留下的变形金属中脱附出来。电解抛光去除 20–40 µm，留下富铬、面积更小的表面；随后在 250–400 °C 下烘烤，把剩下的驱除。机械抛光的腔体和电解抛光的腔体，抽气时间可以差一个数量级。

氟橡胶在约 150 °C 以上就会渗透和放气，这低于任何有实用价值的烘烤温度。因此超高真空系统高真空侧的每一个接头都必须是配无氧铜垫圈的 ConFlat，让密封成为金属密封并能承受烘烤。KF 用于粗抽侧可以，别的部位都不行。

316L 是默认选择，因为耐腐蚀，且电解抛光后表现好。要求低磁导率时用 316LN，例如靠近电子束柱或磁透镜的位置。铝合金用于重量主导设计的超大型腔体，但它需要单独的焊接和清洗工艺，在低压力端放气也更难控制。不锈钢板材牌号对应 GB/T 3280（冷轧板）与 GB/T 4237（热轧板）。

超高真空系统不只需要一个容器：CF 法兰、观察窗、馈通件、波纹管、机械手，以及抽气和规管接口，全部采用金属密封，并且都能烘烤到与腔体相同的温度。把腔体和它的接口在一次机加工装夹里做出来，可以避免筒体完工后再配装接口所出现的错位。

多高的真空算超高真空？

约 1 × 10⁻⁹ mbar 以下（大致相当于 7.5 × 10⁻¹⁰ Torr）。高真空的上限在 1 × 10⁻⁷ mbar 附近；两者之间有一个区间，弹性体密封仍可使用，但不做全金属密封加烘烤，腔体就下不去。

超高真空腔体为什么要烘烤？

因为水和氢会从内表面脱附，而正是这些脱附把压力顶住。在 250–400 °C 下加热并持续抽气可以把它们驱除。不做烘烤，每次腔体打开接触空气，表面就会重新吸附水。

316LN 是什么材料，什么时候要用？

316LN 是一种低碳含氮不锈钢，磁导率受控。当磁场会干扰工艺或测量时选它，例如在电子束柱附近。

超高真空腔体可以焊接而不靠螺栓吗？

可以，而且筒体采用焊接结构是常规做法，因为焊缝本身就是永久金属密封，没有垫圈需要烘烤。但这也意味着腔体不可拆，设计必须在焊接前就定下来——所以我们把密封面放在焊后加工，而不是焊前。

把腔体抽到超高真空要多久？

一台电解抛光到位、并做过烘烤的几十升腔体，通常抽气一天之内就能到 10⁻⁹ mbar。表面被抹平过、又没烘烤的腔体，可能要几周，甚至永远达不到。

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