真空腔體是保持內(nèi)部為真空狀態(tài)的容器，真空腔體的制作要考慮容積、材質(zhì)和形狀。

　　不銹鋼是目前超高真空系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)材料。其中300系列不銹鋼(表1)是含Cr10%～20%的低碳鋼，具有優(yōu)良的抗腐蝕性、放氣率低、無磁性、焊接性好、導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率低、能夠在-270～900℃工作等優(yōu)點，在高真空和超高真空系統(tǒng)中，應(yīng)用廣泛。

表1 300系列不銹鋼的化學(xué)成分(其他成分為Fe)

　　近年來，為了降低真空腔體的制作成本，采用鑄造鋁合金來制作腔體也逐漸普及。另外，采用鈦合金來制作特殊用途真空腔體的例子也不少。

　　為了減小腔體內(nèi)壁的表面積，通常用噴砂或電解拋光的方式來獲得平坦的表面。超高真空系統(tǒng)的腔體，更多的是利用電解拋光來進(jìn)行表面處理。

　　焊接是真空腔體制作中最重要的環(huán)節(jié)之一。為避免大氣中熔化的金屬和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而影響焊接質(zhì)量，通常采用氬弧焊來完成焊接。氬弧焊是指在焊接過程中向鎢電極周圍噴射保護(hù)氣體氬氣，以防止熔化后的高溫金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。

　　超高真空腔體的氬弧焊接，原則上必須采用內(nèi)焊，即焊接面是在真空一側(cè)，以免存在死角而發(fā)生虛漏。真空腔體不允許內(nèi)外雙重焊接和雙重密封(圖1)

圖1　真空腔體不允許內(nèi)外雙重焊接和雙重密封

　　真空腔體的內(nèi)壁表面吸附大量的氣體分子或其他有機物，成為影響真空度的放氣源。為實現(xiàn)超高真空，要對腔體進(jìn)行150～250℃的高溫烘烤，以促使材料表面和內(nèi)部的氣體盡快放出。烘烤方式有在腔體外壁纏繞加熱帶、在腔體外壁固定鎧裝加熱絲或直接將腔體置于烘烤帳篷中。比較經(jīng)濟(jì)簡單的烘烤方法是使用加熱帶，加熱帶的外面再用鋁箔包裹，防止熱量散失的同時也可使腔體均勻受熱。

　　圖2是筆者實驗室的真空腔體烘烤時的真空度變化結(jié)果，烘烤采用纏繞加熱帶的方式。當(dāng)真空度達(dá)到約10^-3 Pa時，開始給加熱帶逐漸通電加熱，最終保持腔體在150℃下進(jìn)行長時間烘烤。烘烤過程中關(guān)閉離子泵，同時也給離子泵通電進(jìn)行加熱烘烤，這時的真空腔體只靠分子泵和前級泵來排氣。隨著腔體溫度的升高，腔體內(nèi)表面吸附的水蒸氣等氣體分子大量放出，真空度會迅速惡化。氣體的放出量隨著烘烤時間的延長而逐漸減少，因此真空度也逐步好轉(zhuǎn)。停止烘烤時，切斷加熱帶和離子泵的烘烤電源，然后趁腔體仍處在高溫的狀態(tài)下對鈦升華泵進(jìn)行除氣處理。鈦升華泵的除氣處理是指給Ti絲通電加熱，但又控制溫度在Ti升華溫度之下的操作。鈦升華泵除氣處理的目的是清除吸附在Ti絲表面的氣體分子以及其他可能的污染物，以確保鈦升華泵的正常工作。充分完成鈦升華泵的除氣處理之后，啟動離子泵和鈦升華泵，加大真空排氣的力度。隨著排氣力度的增大和由于腔體溫度降低而放出氣體的減少，系統(tǒng)的真空度會迅速好轉(zhuǎn)。

圖2　烘烤時的真空度變化

　　新完成的腔體第一次烘烤時，一般需要一周時間，重復(fù)烘烤后單獨的烘烤時間可以適當(dāng)減少。為了更準(zhǔn)確地測量真空度，停止烘烤后也應(yīng)該對真空計進(jìn)行除氣處理。如果真空泵能力充分而且烘烤時間充足的話，烘烤后真空度可提升幾個數(shù)量級。

　　一個大氣壓在1cm²的面積上產(chǎn)生約1kgf的壓力，對直徑20cm的法蘭來講，就是1t的壓力。圓筒或球形的腔體，由于構(gòu)造的特殊性使得壓力分散，腔體的壁厚2～4mm就不會變形。但是，對于方形腔體，側(cè)面的平板上要承受上噸的壓力，必須通過增加壁厚或設(shè)置加強筋，才能防止變形。方形腔體一般情況下要比筒形和球形腔體重，而且價格高。圖3所示為幾種代表性的真空腔體，分別為筒形、球形和方形。

圖3　幾種代表性的真空腔體實物