Применение вакуума в науке и технике

В машиностроении вакуум применяется при исследованиях процессов схватывания материалов и сухого трения, для нанесе­ния упрочняющих покрытий на режущий инструмент и износо­стойких покрытий на детали машин, захвата и транспортирова­ния деталей в автоматах и автоматических линиях.

Химическая промышленность применяет вакуумные сушильные аппараты при выпуске синтетических волокон, полиамидов, аминопластов, полиэтилена, органических растворителей. Вакуум-фильтры используются при производстве целлюлозы, бумаги, сма­зочных масел. В производстве красителей и удобрений применя­ются кристаллизационные вакуумные аппараты.

В электротехнической промышленности вакуумная пропитка как самый экономичный метод широко распространена в произ­водстве трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов и ка­белей. Повышаются срок службы и надежность при работе в ва­кууме переключающих электрических аппаратов.

Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на вакуумное алюминирование. Просветленная оптика, защитные слои и интер­ференционные фильтры получают напылением тонких слоев в ва­кууме.

В пищевой промышленности для длительного хранения и кон­сервирования пищевых продуктов используют вакуумную сушку вымораживанием. Расфасовка скоропортящихся продуктов, осу­ществляемая в вакууме, удлиняет сроки хранения фруктов и ово­щей. Вакуумное выпаривание применяется при производстве са­хара, опреснении морской воды, солеварении. В сельском хозяй­стве широко распространены вакуумные доильные аппараты. В быту пылесос стал нашим незаменимым помощником.

На транспорте вакуум используется для подачи топлива в кар­бюраторах, в вакуумных усилителях тормозных систем автомоби­лей. Имитация космического пространства в условиях земной ат­мосферы необходима для испытания искусственных спутников и ракет.

В медицине вакуум применяется для сохранения гормонов, ле­чебных сывороток, витаминов, при получении антибиотиков, ана­томических и бактериологических препаратов.

Экспериментальные исследования испарения и конденсации, поверхностных явлений, некоторых тепловых процессов, низких температур, ядерных и термоядерных реакций осуществляются в вакуумных установках. Основной инструмент современной ядер­ной физики — ускоритель заряженных частиц — немыслим без ва­куума. Вакуумные системы применяются в химии для изучения свойств чистых веществ, изучения состава и разделения компонен­тов смесей, скоростей химических реакций.

Техническое применение вакуума непрерывно расширяется, но с конца прошлого века и до сих пор наиболее важным его при­менением остается электронная техника. В электровакуумных приборах вакуум является конструктивным элементом и обяза­тельным условием их функционирования в течение всего срока службы. Низкий и средний вакуум используется в осветительных приборах и газоразрядных устройствах. Высокий вакуум — в приемно-усилительных и генераторных лампах. Наиболее высокие требования к вакууму предъявляются при производстве электрон­но-лучевых трубок и сверхвысокочастотных приборов. Для рабо­ты полупроводникового прибора вакуум не требуется, но в про­цессе его изготовления широко используется вакуумная техноло­гия. Особенно широко вакуумная техника применяется в произ­водстве микросхем, где процессы нанесения тонких пленок, ион­ного травления, электронолитографии обеспечивают получение элементов электронных схем субмикронных размеров.

В металлургии плавка и переплав металлов в вакууме осво­бождает их от растворенных газов, благодаря чему они приобре­тают высокую механическую прочность, пластичность и вязкость. Плавкой в вакууме получают безуглеродистые сорта железа для электродвигателей, высокоэлектропроводную медь, магний, каль­ций, тантал, платину, титан, цирконий, бериллий, редкие металлы и их сплавы. В производстве высококачественных сталей широко применяется вакуумирование. Спекание в вакууме порошков туго­плавких металлов, таких, как вольфрам и молибден, является од­ним из основных технологических процессов порошковой метал­лургии. Сверхчистые вещества, полупроводники, диэлектрики из­готавливаются в вакуумных кристаллизационных установках. Сплавы с любым соотношением компонентов могут быть получе­ны методами вакуумной молекулярной эпитаксии. Искусственные кристаллы алмаза, рубина, сапфира получают в вакуумных уста­новках. Диффузионная сварка в вакууме позволяет получать не­разъемные герметичные соединения материалов с сильно разли­чающимися температурами плавления. Таким способом соединяют керамику с металлом, сталь с алюминием и т. д. Высококачест­венное соединение материалов с однородными свойствами обес­печивает электронно-лучевая сварка в вакууме.