AP�NDICE B
Es importante para la tecnolog�a el desarrollo y estudio de materiales que puedan ser utilizados a presiones menores que la presi�n atmosf�rica. Cada material tiene caracter�sticas propias, y algo fundamental de �stas es que var�an seg�n las condiciones ambientales a las que se encuentra expuesto. Los materiales utilizados en los sistemas de vac�o se seleccionan cuidadosamente, considerando de antemano sus propiedades. Los siguientes son algunos par�metros que se toman en cuenta:
Degasamiento. Este t�rmino indica la evoluci�n natural de gases absorbidos (mol�culas de gas dentro de un material) o absorbidos (adhesi�n de mol�culas de gas a la superficie del material) en vac�o, y puede provenir de tres fuentes diferentes: evaporaci�n (o descomposici�n qu�mica), desorci�n de superficies, y difusi�n fuera del material. Todos estos pasos elementales forman una reacci�n qu�mica sobre una superficie. El degasamiento es, en este caso, una de las interacciones entre una superficie y un gas (Figura B.1).
![[FNT 44]](../img/131_79.gif)
Figura B.1. Esquema de procesos elementales durante las interacciones gas-superficie.
Se pueden calcular las proporciones de evaporaci�n (cambio de fase de s�lido o l�quido a vapor) y equilibrio de la presi�n de vapor de los metales elementales a partir de relaciones termodin�micas.
Las proporciones de evaporaci�n para aleaciones no son predecibles como en el caso de los elementos simples, aunque las proporciones de evaporaci�n de los metales que componen la aleaci�n nos dan una base de estimaci�n. En la fabricaci�n de equipo para alto vac�o se usan metales que tienen una baja presi�n de vapor; los m�s utilizados son el acero inoxidable, el cobre, el bronce, el acero y el aluminio.
El proceso de desorci�n de la superficie es la expulsi�n de una mol�cula adsorbida en la superficie, con lo cual se propicia el degasamiento del material.
La difusi�n fuera del material es la emigraci�n de �tomos o mol�culas adsorbidas a lo largo de una superficie hasta que abandonan dicho material.
Permeabilidad. La permeabilidad de un material es una medida de la cantidad de gas (a una temperatura dada) que podr� difundirse a trav�s de �l por unidad de tiempo. Hasta hoy, no es posible obtener un valor absoluto de permeabilidad para cada material, ya que es afectada por las diferencias de presi�n, temperatura, pureza y las condiciones de superficie del material. Para determinar la permeabilidad en los materiales se hacen ex�menes en condiciones ambientales controladas.
Propiedades de adhesi�n (pegamento). Para unir las componentes y formar un sistema de vac�o, es necesario considerar el tipo de materiales que nos pueden servir para soldar, fundir o enlazar de manera que no tengamos una reacci�n qu�mica desfavorable en nuestro sistema. En general, para obtener un vac�o �ptimo lo que se pretende es no tener fugas (entradas de aire).
Econom�a. Los costos son un factor fundamental al considerar los materiales con los que fabricaremos un sistema de vac�o, ya que existen materiales de bajo costo inicial, pero de alto costo al procesarlos, lo que los hace totalmente incosteables.
Los materiales usados con m�s frecuencia en las t�cnicas de vac�o se presentan en la siguiente clasificaci�n:
1) Acero. El acero templado es un acero sin tratamientos t�rmicos y de bajas concentraciones de carb�n. Estos tipos de acero templado con bajo contenido de azufre son usados con frecuencia en sistemas de vac�o. Se encuentran disponibles en diferentes formas y pueden ser unidos, fundidos o soldados. Se utilizan en los sistemas de vac�o por su baja presi�n de vapor y como recubrimiento en las bombas de mercurio, ya que no es afectado por el vapor de Hg. Sin embargo puede ser afectado por la corrosi�n debido a la adsorci�n de vapor de agua.
2) Acero inoxidable. Es m�s resistente a la corrosi�n que el acero. Es una aleaci�n de cromo y acero y se emplea en forma de tubos, platos, c�maras y extensiones. Para trabajos de vac�o no es recomendable el acero inoxidable de la serie 303 ya que contiene azufre. Por otra parte, la serie 300 es muy utilizada en sistemas de ultra alto vac�o; su conductividad t�rmica y el�ctrica es baja, no es magn�tico, y las temperaturas a que se exponen los sistemas de este tipo no deben de exceder los 1 000°C, porque el cromo se comienza a evaporar a los 1 200°C.
3) Aluminio. Es de poco peso, fuerte, resistente a la corrosi�n con una baja presi�n de vapor, barato, f�cil de trabajar, y f�cilmente obtenible en las formas m�s comunes, como tubos, hojas, barras, etc�tera.
4) Bronce. Es esencialmente una aleaci�n de cobre y esta�o. Es f�cil de trabajar y con �l se construyen algunas v�lvulas.
5) Cobre. Ocasionalmente se usa para electrodos no magn�ticos, sirve tambi�n para sellos anulares de vidrios y bridas. Tiene una densidad de 8.8 a 8.9 g/cm. Su punto de fusi�n es de 1083°C.
6) Vidrio. El vidrio m�s com�nmente usado en los laboratorios de sistemas de vac�o es un borosilicato conocido como Pyrex. Se construyen envases, c�maras, ventanas; etc�tera.
Metales especialmente refractarios
1) Molibdeno. Tiene un punto de fusi�n alto (2 620°C), por ello se usa con frecuencia para filamentos, botes, y dep�sitos en los cuales el material ser� evaporado al vac�o. Otro uso es para bombear metal activo a muy bajas presiones. El molibdeno se oxida con rapidez cuando se calienta en el aire.
2) Tungsteno. Su punto de fusi�n est� catalogado como el m�s alto de cualquier metal (3 382°C). Es dif�cil de trabajar, pero se encuentra disponible en hojas y alambres que pueden ser procesados en fr�o para tiras de calentadores y filamentos. El tungsteno se oxida r�pidamente cuando es calentado en la atm�sfera, y emite electrones a temperaturas superiores a los 2 000°C. Se usa con frecuencia como filamento en los medidores de presi�n por ionizaci�n, electrodos y antic�todos para tubos de rayos X. Tiene una densidad de 19-19.4 g/cm.
3) T�ntalo. Es m�s d�ctil que el molibdeno y el tungsteno pero m�s costoso. Resiste el ataque de �cidos y se utiliza en la construcci�n de botes, chalupas y filamentos para dep�sito de pel�culas delgadas en vac�o, adem�s de calentador de elementos en vac�o y act�a como colector de los 600 a los 1 000°C. Tiene un punto de fusi�n de 2 996°C.
Las cer�micas son usadas como aislantes t�rmicos o el�ctricos en altas temperaturas. Se emplean para sostener piezas que van a calentarse en la construcci�n de c�maras para alto vac�o. Tambi�n son aislantes en las tapas de acero de las c�maras, donde se colocan las barras de metal que atraviesan la c�mara conectando el interior de la misma con el exterior.
Los tipos de cer�mica m�s usados en sistemas de vac�o son: al�mina, porcelana, lava y zafiro. A continuaci�n se da una descripci�n breve de estos tipos de cer�mica.
1) Zafiro. Es la presentaci�n m�s pura del �xido de aluminio. Se puede obtener en forma transparente para usarse como ventanas en sistemas de vac�o, las cuales se pueden exponer a temperaturas de 1 900°C. La transmisi�n infrarroja del zafiro es mejor que la de otros materiales. El zafiro es producido en forma de monocristales y puede ser sellador de vidrio.
2) Porcelana. Contiene tres ingredientes principales: arcilla, pedernal y feldespato; variando las proporciones de estos materiales, cambian ciertas propiedades de la cer�mica, como su resistencia a choques t�rmicos, resistencia diel�ctrica o mec�nica. La porcelana se encuentra disponible en di�metros y longitudes est�ndar con roscas de tornillo en las puntas. La temperatura m�xima a la cual opera la porcelana es cercana a los 1 000°C.
3) Lava. Cer�mica hecha de talco natural, puede operar a temperaturas entre los 1 000 y 1 200°C.
Otro tipo de materiales importantes en la tecnolog�a de vac�o son los pl�sticos y los cauchos. Para los pl�sticos se consideran las condiciones a las que ser�n expuestos, la cantidad de uso ha de d�rseles, c�mo y d�nde se emplear�n, la temperatura a la que estar�n expuestos y si formar�n una parte permanente o temporal en el sistema. Algunos pl�sticos especiales que tienen una alta presi�n de vapor son los acr�licos y los fluorocarbonos.
Los cauchos se dividen en caucho natural y caucho sint�tico. Algunos de los cauchos sint�ticos son: nitrilo, neopreno, butil y GR-S.
