在超高真空（UHV，通常指壓力≤10?? Pa）環(huán)境中使用納米位移臺時(shí)，需解決材料放氣、潤滑失效、熱管理及信號傳輸 等關(guān)鍵問題。以下是具體要求和解決方案：
1. 材料選擇與真空兼容性
(1) 低放氣材料
主體結(jié)構(gòu)：
選用不銹鋼（如316L）、鈦合金或陶瓷（如氧化鋁），避免塑料或橡膠。
避免含鋅、鎘等高蒸氣壓元素（易揮發(fā)污染真空系統(tǒng)）。
涂層與鍍層：
真空鍍膜（如金、鎳）需確保無有機(jī)溶劑殘留。
(2) 真空兼容潤滑
固體潤滑：
二硫化鉬（MoS?）、石墨或聚酰亞胺（PI）涂層，避免液態(tài)油脂。
自潤滑軸承：
使用氮化硅（Si?N?）陶瓷軸承或磁懸浮軸承（無需潤滑）。
2. 機(jī)械設(shè)計(jì)與密封
(1) 無油傳動機(jī)構(gòu)
驅(qū)動方式：
壓電陶瓷驅(qū)動器：無需潤滑，適合納米級運(yùn)動（但行程通常＜200 μm）。
磁致伸縮或音圈電機(jī)：無接觸式驅(qū)動，避免摩擦產(chǎn)氣。
導(dǎo)向系統(tǒng)：
交叉滾柱導(dǎo)軌需改用真空兼容固態(tài)潤滑，或采用柔性鉸鏈（Flexure）結(jié)構(gòu)。
(2) 真空密封與饋通
運(yùn)動傳遞：
通過真空饋通（Feedthrough）將電機(jī)置于真空外，內(nèi)部僅留從動部件（需磁耦合或波紋管密封）。
電纜與傳感器：
使用真空兼容電纜（如聚酰亞胺絕緣），避免PVC等放氣材料。
光纖或無線傳輸替代部分電信號（減少穿墻饋通數(shù)量）。
3. 熱管理與穩(wěn)定性
(1) 熱膨脹控制
材料匹配：
選擇熱膨脹系數(shù)（CTE）相近的材料（如殷鋼與陶瓷組合）。
主動溫控：
集成加熱/冷卻元件（如Peltier），維持位移臺溫度恒定±0.1°C。
(2) 散熱設(shè)計(jì)
高熱導(dǎo)率結(jié)構(gòu)：如銅熱橋?qū)С鲭姍C(jī)發(fā)熱。
輻射屏蔽：避免真空環(huán)境下熱輻射導(dǎo)致局部升溫。
4. 傳感器與反饋系統(tǒng)
(1) 真空兼容傳感器
位置檢測：
電容傳感器（真空兼容型號）或激光干涉儀（通過光學(xué)窗口引入激光）。
避免LVDT（含鐵芯，可能放氣）。
應(yīng)變測量：
光纖光柵（FBG）傳感器，抗電磁干擾且無放氣風(fēng)險(xiǎn)。
(2) 信號隔離
低噪聲電路：真空內(nèi)電子元件需屏蔽，信號線采用雙絞線或同軸電纜。
5. 預(yù)處理與維護(hù)
(1) 真空烘烤除氣
安裝前處理：
位移臺在80~150°C下烘烤24~48小時(shí)，釋放吸附氣體。
原位激活：
在低真空（10?3 Pa）下通電預(yù)熱，加速殘余氣體脫附。
(2) 污染監(jiān)控
殘余氣體分析（RGA）：
定期檢測水蒸氣（H?O）、碳?xì)浠衔铮ㄈ鏑H?）是否超標(biāo)。