Поведение материалов при их нагреве в условиях сильного разрежения может сильно отличаться от поведения материалов при нагреве на атмосферном воздухе или в среде защитных газов. В условиях высокого или сверхвысокого вакуума имеет место общее явление, такое как сублимация. На практике это проявляется в необратимой потере массы материала. Например, в случае металлов это происходит по причине невозможности обеспечения условий, соответствующих динамическому фазовому равновесию твердый металл — пар. Давление пара над металлической поверхностью почти всегда меньше равновесного (неравновесная сублимация). Причиной этого является наличие менее нагретых или холодных поверхностей (внутренних стенок вакуумной камеры), на которых происходит частичная конденсация металлического пара. Это явление небезобидное. При сублимации заметного количества металла (например титана и его сплавов) и конденсации его пара на электрических изоляторах в рабочем пространстве возможны короткие замыкания между токоведущими элементами нагревательного модуля. В этом случае приходится полностью отказываться от электроизоляционных материалов в горячей зоне электропечи (см. Рис.).
Рис. Нагревательный модуль без керамических изоляторов в горячей зоне.
В случае среднего или низкого вакуума, когда имеет место относительно низкое разрежение остаточных газов, скорость неравновесной сублимации может быть замедлена за счет взаимных столкновений испаряющихся атомов металла с молекулами остаточных газов. В этом случае большое значение имеет парциальное давление наиболее активных, в химическом отношении, компонентов остаточной газовой среды, которые проявляются в протекании различных типов гетерогенных реакций. Одним из типов таких реакций является появление цветов побежалости на поверхности изделий из нержавеющих и легированных сталей. Изменение цвета поверхности происходит в процессе охлаждения или при проведении отпуска. Наблюдается преимущественно фиолетово-синий и синий цвета, которые образуются в температурном интервале от 600 °C до 700 °C. Цвета побежалости — косвенный индикатор высокого парциального давления в остаточной атмосфере химически активных газов. На них влияет скорость снижения температуры или длительности выдержки при температуре отпуска, состав газовой среды, время выдержки стали при данной температуре, а также характер освещения в процессе контроля качества и другие факторы.
Другим примером такой гетерогенной реакции, является взаимодействие паров воды с раскаленными нагревательными элементами из вольфрама, а также с горячей экранно-вакуумной тепловой изоляцией из листов вольфрама, что приводит к реакции «водяного цикла». Такой эффект был обнаружен в свое время Ирвингом Ленгмюром в лампах накаливания с вольфрамовой нитью. Сущность водяного цикла заключается во взаимодействии паров воды из остаточной атмосферы с раскаленной поверхностью вольфрама, которое приводит к диссоциации воды и окислению вольфрама выделяющимся кислородом. Окисел вольфрама имеющий большую, чем металл, упругость паров, осаждается на холодной поверхности, где он восстанавливается до металла водородом — вторым продуктом термической диссоциации воды. Образующиеся при этом молекулы воды снова вступают в реакцию с раскаленной поверхностью вольфрама, и весь процесс может продолжаться сколько угодно долго (при ограниченном количестве водяных паров в вакуумированном объеме).