材料的气体渗透性.docx

材料的气体渗透性 因为在真空容器器壁两侧的气体总是存在压力差，所以即使壁面固体上存在的微孔小到足以阻止正常气流通过时，但壁面材料总要或多或少地渗透一些气体则气体从密度大的一侧向密度小的一侧渗入、扩散，通过和逸出固体阻挡层的过程称为渗透在这种情况下的稳态流率称为渗透率 从微观的角度来看，渗透过程是按以下步骤开展的(见图1) 图1：气体渗透性过程示意图 ①首先，气体原子或分子碰撞到真空器壁的外表面； ②被器壁外表面吸附； ③吸附时有的气体分子能离解成原子态； ④气体在入射一侧的壁面表层到达一个平衡溶解度； ⑤由于浓度梯度的存在，气体向壁面的另一侧扩散； ⑥气体扩散到器壁的另一面重新结合成分子态(如果存在步骤3时)后释放；或气体扩散到器壁的另一面后解吸和释出 一般说来，在渗透过程中，扩散这一环节是最慢最关键的一步，它与渗透气体及壁面材料的种类和性质有密切关系对于金属材料来说，例如氢气通过钢铁材料的渗透过程，是先以分子态吸附在材料的表面上然后由铁表面的亲和力引起氢分子较弱的H—H键断裂，使氢离解成原子态并渗透过材料，在壁面的另一侧重新结合成分子态氢；氢气对于非金属材料，则是以分子态形式扩散渗透。

根据扩散定律，可推导出渗透量的表达式 Q=K·A·Δp1/j/h (3) 式中Q——气体透过固体壁面的渗透速率 K——某种气体对某种固体的渗透系数 A——壁的面积 Δp——器壁两侧的气体压力差 J——溶解常数，对金属中的双原子气体j=2，对非金属中的气体j=1 h——壁厚 其中K值与气体一固体配偶的性质有关只要知道渗透系数K，就可以根据该材料的壁厚h、壁的面积A、壁两侧的气压差Δp，由式(3)求得渗透速率K的意义是：器壁两侧的压力差为一个大气压下，温度为0℃(即在标准状态下)渗透过单位厚度(cm)的单位面积(cm)壁面的气体量所以K的单位常用制外单位表示：如使用[cm2／s]则与扩散系数的单位一致，形式简单，但物理意义不够明确；而使用[cm3(STP)／(cm2·s·Pa·mm-1)]表示每mm厚的材料，在每Pa的压差下，每秒通过每cm2面积的渗透气体量(以标准状态下的cm3计)此单位形式比较复杂，但物理意义比较明确 渗透系数K、扩散系数D、溶解度S之间存在以下关系 K=DS (4) 式中D——气体在固体中的扩散系数，cm2/s S——气体在固体中的溶解度，cm3(STP)/(cm3·Pa);表示压力在大气压力的平衡条件下，单位体积的固体材料中所溶解的气体体积数 K——渗透系数 扩散系数、溶解度、渗透系数这三个参数都是温度的指数函数。