Скорость газовыделения

Собственную, или «свободную скорость газовыделения» (скорость газовыделения при давлениях настолько низких, что реадсорбция является незначительной и ею можно пренебречь) K_fh, стенок камеры и других поверхностей, открытых внутри камеры при комнатной температуре, можно ориентировочно рассчитать из [2,3,4]

$$K_{fh}=K_{fl}/t^{a}_{h}, (2)$$

где t_h - время откачки до предельного момента времени t_hm (обычно несколько часов), при котором это простое уравнение не может использоваться; а - постоянная, приблизительно равная 1 для металлических поверхностей, имеющая смысл до времени t_hm, которая зависит от толщины слоя оксида на металле и приблизительно равняется 0,5 для эластомеров и пластмасс вплоть до времени t_hm, которая зависит от толщины материала; К_fl - это свободная скорость газовыделения (в мм рт. ст. * л* с^-1 * см ²) после 1 ч откачки, которая не зависит от соотношения общей быстроты откачки S„ и открытой площади газовыделения А_m.

Для того, чтобы перевести скорость газовыделения в мм рт. ст. * л с 1 см^-2 в Па* м * с результат нужно умножить на 1333,22. Для перевода из мм рт. ст.* л - с^-1 * см^-2 при 25 °С в количество молекул с^-1 *см ^-2, результат нужно умножить на 3,24*10¹⁹.

Свойства материалов в условиях вакуума

Материалом стенки камеры обычно является коррозионностойкая сталь или алюминий, но может быть и мягкая сталь или медь, а для этих металлов значение K_fl главным образом зависит от толщины и состояния тонкой оксидной пленки, которая всегда существует на поверхности от парциального давления Ре водяного пара в воздухе, действию которого поверхность подвергалась в течение данного времени ге до откачки. Значения K_fh, рассчитанные на основе измерений скорости газовыделения коррозионностойкой стали и алюминия для различных условий воздействия водяного пара, приводятся в табл. 1.
Если стенка камеры подвергается термической обработке при температурах от 150 до 200 °С в течение достаточного времени во время откачки, большая часть воды, адсорбированной в слое оксида, может быть удалена, и скорость газовыделения стенки камеры затем зависит от содержания водорода, кислорода и других газов, которые растворены в находящемся в следующем слое металле и которые диффундируют в открытую поверхность, а также от десорбции остаточных молекул воды, хемосорбированных в слое оксида. При этих условиях экспонента а обычно несколько меньше 1. Для того чтобы получить значения давления сверхвысокого вакуума, необходимо тщательно очистить поверхность и удалить большую часть растворенного водорода путем термической обработки в условиях вакуума при 300-500 °С в течение нескольких часов [5, 6].

Кроме газовыделения от стенок камеры, корпуса, перегородки и вакуумного клапана, будет иметь место газовыделение от любых прокладок из эластомера, которые используются для герметизации фланцевых соединений и пластины клапана. Для определения газовыделения необходимо знать тип эластомера и площадь открытой поверхности. Для эластомеров и пластмасс экспонента а обычно составляет приблизительно 0,5, кроме силиконового эластомера, у которого а равняется приблизительно 1. В табл 2. значения K_fl для эластомеров и пластмасс выражены в виде К_ml.

Может также происходить некоторое проникновение газов из атмосферы через уплотнения из эластомера между фланцами, а также проникновение водорода через некоторые металлы в силу реакции внешней поверхности с водой, в особенности у металлов, которые не образуют защитного оксидного покрытия (железо) [7].

Скорость проницемости, мм рт. ст. л с 1 см², газа в вакуум через открытую стеклянную или металлическую стенку толщиной vvm, мм, или прокладку из эластомера при парциальном давлении Р„ и абсолютной температуре 7'выражается следующим образом:

$$K_{u}=(760/273)*10_{-3}T(U_{mn}/w_{m})P^{1/j}_{n}, (3)$$

где - коэффициент проницаемости, который изменяется в зависимости от абсолютной температуры Т_mn материала m согласно следующему выражению:

$$U_{mn}=a_{mn}exp(-10^{3}E_{nm}/(jRT)), (4)$$

где а - постоянная проницаемости материала, величина, остающаяся практически постоянной в широком диапазоне температур, которая выражается в единицах проницаемости и зависит от температуры, давления и толщины материала, см³/(см² *мм. рт. ст.^-1 *мм^-1); Е_nm - энергия активации для проницаемости материала, ккал/моль;у - число диссоциации (j= 1 для большинства газов, диффундирующих через пластмассы и эластомеры, j = 2 для двухатомных молекул, диффундирующих через металлы), R - это газовая постоянная (R= 1,987).

Таблица 1. Измеренные постоянные скорости газовыделения для коррозионностойкой стали и сплава алюминия и расчетная свободная скорость газовыделения

При отсутствии течей в сварочных швах и остаточного пара насосной жидкости в системе предельное остаточное давление определяется проницаемостью через прокладки и стенки согласно следующему выражению:

$$p_{u}=K_{u}A_{u}S, (5)$$

где А_u - эффективная площадь, через которую происходит просачивание газов; S - это общая быстрота откачки просачивающихся газов.