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《真空试验箱：探索产品在真空环境下的奥秘》

来源：广东皓天检测仪器有限公司 2025年05月21日 16:51

真空试验箱：探索产品在真空环境下的奥秘

在航天航空、电子半导体、新材料研发等前沿领域，产品的性能不仅需要适应常规环境，更要能在真空环境下稳定可靠地运行。真空试验箱作为模拟真空环境、探究产品性能变化的核心设备，为各行业揭开产品在真空环境下的奥秘提供了重要途径。

一、试验目的

本次试验旨在利用真空试验箱模拟不同程度的真空环境，测试产品在低气压、无氧条件下的性能表现，包括物理特性、电气性能、结构稳定性等方面的变化。通过试验，发现产品在真空环境下存在的潜在问题，为产品优化设计、材料选择以及工艺改进提供数据支撑，确保产品在实际真空应用场景中具备可靠的性能和稳定性。

二、实验 / 设备条件

本次试验采用的真空试验箱主体采用高强度不锈钢材质，具备良好的密封性和耐压性。设备配备双级旋片式真空泵和分子泵组合的抽气系统，极限真空度可达 1×10⁻⁵ Pa，可满足从低真空（1000 - 100 Pa）到高真空（1 - 10⁻⁵ Pa）的不同试验需求。箱内设置有高精度压力传感器，测量精度可达 ±0.1% FS，实时监测箱内真空度；同时配备温度控制系统，温度调节范围为 - 50℃ - 150℃，精度 ±1℃，可模拟真空环境下的高低温工况。此外，真空试验箱还配备了数据采集系统，支持试验数据的实时记录与导出。

三、试验样品

选取三种具有代表性的产品作为试验样品：

航空航天用电子元器件：包括小型电路板、传感器，此类产品需在高空真空环境下正常工作，对性能稳定性要求高。
锂电池：常用于航天器储能，需测试其在真空环境下的充放电性能及安全性。

高分子复合材料部件：应用于航空航天结构件，探究其在真空环境下的力学性能变化。

四、试验步骤及条件

（一）航空航天用电子元器件试验

将电子元器件放置在真空试验箱内的样品架上，关闭箱门并启动真空泵。以每分钟降低 100 Pa 的速率将箱内压力降至 10 Pa，达到目标真空度后保持 2 小时。期间，通过外接测试仪器实时监测电路板的信号传输稳定性、传感器的测量精度等参数。同时，将箱内温度设置为 - 20℃，模拟高空低温环境，观察元器件在真空低温条件下的性能变化。

（二）锂电池试验

把锂电池固定在真空试验箱内，连接好充放电测试设备。先将箱内压力抽至 1×10⁻³ Pa，随后进行标准的充放电循环测试，充电电流为 0.5C，放电电流为 1C，记录锂电池在真空环境下的充放电容量、电压平台以及充放电效率。试验过程中，实时监测锂电池的表面温度，若温度超过 60℃则停止试验，确保安全。

（三）高分子复合材料部件试验

将复合材料部件置于真空试验箱内，缓慢抽真空至 500 Pa，保持 4 小时。试验过程中，使用力学性能测试装置对部件施加静态载荷，测量其拉伸强度、弯曲强度等力学性能指标。之后，将真空度进一步降至 10 Pa，再次测量部件的力学性能，对比不同真空度下的性能差异。

五、数据采集与分析

试验过程中，真空试验箱的数据采集系统自动记录箱内真空度、温度、试验时间等环境数据，每秒采集一次。对于样品性能数据，电子元器件的电气参数由外接测试仪器实时传输至计算机；锂电池的充放电数据由充放电测试仪记录并存储；高分子复合材料部件的力学性能数据通过力学测试装置的传感器采集。采用专业的数据处理软件对采集到的数据进行整理、分析，绘制真空度 - 性能变化曲线，对比不同样品在相同或不同真空环境下的性能差异，分析性能变化的原因和规律。

六、实验结果与结论

（一）航空航天用电子元器件试验结果

在 10 Pa 真空度和 - 20℃低温条件下，部分电路板出现信号传输延迟现象，传感器的测量误差增大。经分析，主要原因是真空环境下空气介质消失，导致信号传输特性改变，以及低温使电子元器件的材料参数发生变化。

（二）锂电池试验结果

锂电池在 1×10⁻³ Pa 真空度下进行充放电测试，其充放电容量较常规环境下降约 8%，电压平台略有降低，充放电效率下降 5%。进一步检测发现，电池内部的电解液在真空环境下出现轻微挥发，影响了电池性能。

（三）高分子复合材料部件试验结果

当真空度从 500 Pa 降至 10 Pa 时，复合材料部件的拉伸强度下降 12%，弯曲强度下降 15%。微观分析表明，真空环境导致材料内部的微小气孔扩张，破坏了材料的结构完整性，从而降低了力学性能。

（四）总体结论

真空试验箱能够精准模拟不同真空环境，有效检测出产品在真空条件下的性能变化和潜在问题。通过试验可知，真空环境对产品的电气性能、化学性能和力学性能均有显著影响。因此，在涉及真空应用的产品研发过程中，利用真空试验箱进行测试是重要的环节，有助于提升产品在真空环境下的可靠性和适应性。

七、失效分析与改进建议

（一）失效分析

电子元器件性能下降主要是由于真空环境下缺乏空气介质的辅助散热和信号传输介质改变；锂电池电解液挥发是因为真空环境下气压降低，导致电解液的饱和蒸气压大于环境气压；高分子复合材料部件力学性能降低则是真空导致材料内部缺陷扩展。

（二）改进建议

对于电子元器件，可优化电路设计，采用抗干扰性能更强的材料和封装工艺，增加散热结构设计；锂电池需改进密封工艺，选用低蒸气压的电解液，并加强电池的密封性；高分子复合材料部件则需在生产过程中优化材料配方，减少内部气孔，提高材料的致密性。同时，建议企业在产品研发阶段，增加真空试验的测试项目和测试时长，全面评估产品在真空环境下的性能表现，确保产品满足实际应用需求。

以上方案仅供参考，在实际试验过程中，可根据具体的试验需求、资源条件以及产品的特性进行适当调整与优化。

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