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超高真空下的冷焊现象

信息来源:珂勒曦 时间:2019-01-22 07:59:00 浏览次数:-

冷焊是在超高真空下,发生于固体和固体表面接触过程中的一种物理现象。与此同时冷焊也是一种新兴的焊接技术。螺杆真空泵厂家珂勒曦本次与大家简单分享一下前者。

冷焊其实在上世纪60年代就已经被人们发现,首次发现可能是在40年代。在介绍冷焊现象之前,我们先来说一个小故事。1989年NASA发射了一颗用于观测木星及其卫星的伽利略号探测器,其带有价值370万美元、5公尺宽的高功率传输天线,平时处于收起状态。在超高真空的太空中飞行了一年多后,91年4月地面控制中心打算控制伽利略号打开天线传输数据,却发现天线无法打开。为什么呢?排查后发现,原来天线中的3根骨架因为润滑物质以及氧化物在真空环境中磨损殆尽,使骨架与其他金属部件发生了冷焊现象,粘结在了一起,导致天线无法打开。

伽利略号木星探测器2

究其原因,就是冷焊现象的基本机理。在超高真空条件下,当固体表面所吸附的气体逸出,各种有机污染膜解析消失,多个固体表面相互接触时,分子便会相互扩散发生不同程度的粘合现象,称为附着、粘着。如果表面达到原子级的清洁程度,在一定的压力负荷下就会产生进一步整体粘着,即引起冷焊。

对于冷焊现象,费曼(Richard Feynman)在关于摩擦(冷焊属于摩擦磨损的一种)的讲座中,曾做过一个生动的比喻:在真空中,处在接触面两边的金属原子之间没有任何物质将他们隔开,所以这些金属原子无法知道它们其实是属于两块独立的金属的。当接触区有其他原子,比如氧气或者其他复杂成分的杂质层,原子就会意识到它们是来自不同的部分。

上面就是冷焊现象产生的简单机理。超高真空(一般认为真空度达到10-6Pa就可能发生冷焊,国标规定小于1.3×10-7Pa)、相同的金属材料以及一定的压力,是发生冷焊现象的几个要素。在大气环境下,因为各种杂质氧化物及气体的存在,看不到冷焊现象。一般的应用也很难触及到超高真空。而伽利略号身处太空,设计过程中忽视了防冷焊细节设计,满足其产生的各项要素,才导致了冷焊现象的发生,最终只能依靠备用的低增益天线来实现数据传输。

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