在一个密闭的容器里，液体蒸发变成气体又凝结回去的这种动态平衡，我们叫它饱和蒸汽压。当这个压力超过系统能维持的极限真空度时，材料本身就变成了污染源。比如真空油脂和热偶规灯丝在常温下几乎不挥发，但温度一升高蒸汽压就暴涨。至于一些难熔金属要到1500度才会有蒸汽压产生，而锌、镉、铅这种在300到500度时就会突破10帕的大关，直接破坏高真空环境；塑料和橡胶更是不能烘烤，一旦超过300度蒸汽压爆表，就彻底告别了UHV。 要想设计出真正长寿的真空系统，单看渗透系数或者放气速率根本没用。泵抽气时的选择性、阀门的排气路线、腔体的结构布局以及当前的温度工况，这些因素加在一起才能决定最终能达到的极限真空度。所以必须把材料的数据、泵组的配置以及工艺曲线这三张图叠在一起看。 真空材料不仅要考虑渗透率，还得看机械强度、热学性能、电磁性能这些属性。器壁得先扛住大气的压力，厚度、刚度和结构强度一个都不能少；铜虽然导电性能好，但随着温度升高强度会骤降，所以不适合拿来做承压壳体。热学性能方面要考虑熔点、热膨胀系数和比热容这几个参数；更关键的是热冲击问题，升温降温太快容易导致开裂。 电磁性能也很重要，带电粒子最怕遇到小磁场。在电子束或者离子束区域，非磁性材料是必须要遵守的硬指标；有些系统甚至连1毫特斯拉的杂散磁场都不能忍受，这种时候就必须选用奥氏体不锈钢或者镍基合金。 除了这些明显的指标外还有一些隐藏属性需要注意。观察窗要高透光率；窗口和法兰需要有很好的抗腐蚀性；热导率决定了升温的速度；硬度影响着粒子轰击下的使用寿命……每一项指标其实都是真空系统的“木桶短板”。 放气性能其实是真正的隐形污染源。任何固体在大气中都会“吃喝”气体，一旦把真空抽掉打破了动态平衡，材料就会开启解吸和扩散这两个引擎来放气。常用单位是帕斯卡升每秒每平方厘米，数值越小代表材料越好。 在常温下有机材料主要释放水汽，速率高衰减慢直接拉低真空度；金属、玻璃和陶瓷虽然衰减快，但玻璃表面的氧化膜需要烘烤除水，否则前72小时还是会“冒汗”。而像CO、CO₂、O₂、N₂这种体内扩散的气体往往在烘烤之后集中爆发出来。 高温放气时主要靠体内扩散来主导局面。电极和加热器这些高温部件表面脱附出来的气体只占总量很小一部分。金属内部原子态的H和N先扩散出来再与O₂、H₂O反应生成H₂、CO、CO₂；镍和铁受氧扩散控制比较多，脱碳退火能显著降低CO/CO₂的含量。玻璃和陶瓷在高温下的放气过程跟常温类似，但多了一条“表面再氧化”的路径。 表面处理是把放气按下暂停键的关键手段。化学清洗、有机去脂、抛光、腐蚀还有大气烘烤这些步骤都能剥掉表面的吸附层让放气速率瞬间减半。光洁度越高表面水汽就越少；200度以上的真空烘烤可以除水；400度以上的高温烘烤才能有效去除氢气。 气体从高密度区域向低密度区域搬家的过程叫渗透。当这一过程达到稳态时单位时间内通过单位面积的气体流量就被定义为渗透率。它既取决于气体种类也取决于阻挡材料的“脾气”。 不锈钢、铜、铝、钼这些常见金属对大多数气体的渗透率低到可以忽略不计；而铁和镍却对氢“网开一面”。更尴尬的是氢在钢中的渗透率会随着含碳量的增加而飙升，所以低碳钢成了真空室的首选材料。钯能一眼认出氢分子；银偏爱氧气分子；利用这种选择性它们还能充当检漏仪和提纯塔。 石英玻璃因为二氧化硅纯度高微孔直径约0.4纳米所以对氦气的渗透率最高；掺杂钾、钠、钡的普通玻璃因为碱金属离子把孔径堵住了所以渗透率骤降下来。氦分子直径最小于是成了测试玻璃与固体体系的标准试剂。 橡胶和塑料的微孔直径动不动就几十纳米气体分子态就能长驱直入进去所以它们的渗透率远高于玻璃和金属。更糟糕的是有机物表面活性很高常温下就能解吸大量水汽和挥发分因此很少被允许进入超高真空腔体。