Зависимость газовыделения от параметров вакуумной системы
Общее уравнение для определения давления в камере
Принимая допущение, что существует п различных летучих составляющих, которые могут выделяться из т различных материалов, находящихся под воздействием вакуума в вакуумной камере, принцип равновесия масс в результате позволяет вывести следующее уравнение:
$$p_{n}S_{n}=p_{n}\sum f_{n}e_{nm}A_{m}= \sumK_{nm}A{m} - V(dp_{n}/dt), (6)$$
где рn - парциальное давление «-ого газа, мм рт. ст.; Sn - общая быстрота откачки этого газа, л/с; Аm - это открытая площадь /n-ого материала, см2; Кnm - «свободная» или собственная скорость газовыделения, мм рт. ст. - л - с-1 *см-2, для п-ого газа, определяемая как скорость га- зовыделения, когда реадсорбция является незначительной и ею можно пренебречь; t - время, с, V - это объем камеры, л; еmn - коэффициент прилипания или коэффициент сорбции для n-ого газа m-ым материалом;
$$f_{n}=(R_{0}T/2\piM_{n})^{1/2} \cdot 10^{-3}$$
коэффициент «закона эффузии» при абсолютной температуре Т для n-ого газа с молекулярной массой Мn л *с-1 * см-2; R0 - газовая постоянная (R0= 8,31 * 107 эрг - градус-1 К*моль-1).
Таблица 3. Постоянные проницаемости и диффузии газов через неметаллические материалы
Материал |
Газ |
Еmn |
аmn |
Нnm |
dnm |
Каучук (натуральный) |
H2 |
6,9 |
6,0*10-4 |
5,9 |
0,23 |
Каучук (натуральный) |
O 2 |
6,6 |
1,1*10-3 |
7,5 |
0,57 |
Каучук (натуральный) |
N 2 |
9,3 |
6,2*10-3 |
8,7 |
2,9 |
Каучук (натуральный) |
Не |
6,5 |
1.8*10-4 |
- |
- |
Неоприн G |
H2 |
8,1 |
1,2*10-3 |
6,6 |
0,28 |
Неоприн G |
O2 |
9,9 |
7,1*10-3 |
9,4 |
3,1 |
Неоприн G |
М2 |
10,6 |
7.4*10-3 |
10,3 |
9,3 |
Пербунан |
N 2 |
11,0 |
1,4*10-2 |
10,2 |
7,2 |
Пербунан |
Не |
7,0 |
1.6*10-4 |
- |
- |
Пирекс |
Не |
6,2 |
2,6*10-8 |
6,5 |
4.8*10-4 |
Таблица 4. Коэффициент проницаемости Unm для газов через неметаллические материалы
Материал |
Газ |
Температура |
Unm |
Буна-S |
N2 |
20-30 |
6,35*10-10 |
Буна-S |
O2 |
20-39 |
1,72*10-9 |
Буна-S |
H2O |
20-30 |
2,4*10-7 |
Бутил каучук |
N2 |
20-30 |
3,2 *10-11 |
Бутил каучук |
O2 |
20-30 |
1,3*10-10 |
Бутилкаучук |
H2O |
20-30 |
4*10-9-2*10-8 |
Хайкар |
N2 |
20-30 |
2,4*10-11- 2,5*10-10 |
Хайкар |
O2 |
20-30 |
9,6*10-11- 8,2*10-10 |
Хайкар |
H2O |
20-30 |
1 • 10-7 |
Кел-F |
N2 |
20-30 |
9*10-13-1,3*10-11 |
Кел-F |
O2 |
20-30 |
2,5*10-12-5,4*10-11 |
Кел-F |
H2O |
20-30 |
3 10-11- 3,6*10-9 |
Майлар |
Н2O |
20-30 |
1,3*10-8-2,3*10-8 |
Неопрен |
N2 |
20-30 |
1,18*10-10 |
Неопрен |
N2 |
27,1 |
1,27*10-10 |
Неопрен |
N2 |
20-30 |
4,0*10-10 |
Неопрен |
H2O |
20-30 |
1,8*10-7 |
Неопрен |
Н2 |
18,2 |
9,0*10-10 |
Общее давление p в вакуумной камере при времени откачки / в секундах выражается следующим образом
$$p=\sum_{n }^{}p_{n}=\sum_{n }^{}\frac{\sum_{m }^{}K_{nm}A_{m} - V(dp_{n}/dt)}{\sum_{m}^{}f_{n}e_{nm}A_{m} + S_{n}}$$
где принимается допущение о том, что парциальное давление р„ каждого газа известно в результате измерения с помощью масс-спектрометра или анализатора остаточного газа. Поскольку измерения скорости газовыделения на индивидуальных материалах часто выполняются с помощью вакуумметров общего давления, в частности таких, как ионизационный вакуумметр с использованием коэффициента калибровки воздуха или азота, на практике предыдущее уравнение можно упростить до следующего вида:
$$p= \frac{\sum_{m }^{}K_{nm}A_{m} - V(dp/dt)}{\sum_{m}^{}f_{a}e_{m}A_{m} + S}$$
где р - это общее давление, измеренное с коэффициентом калибровки воздуха; Кm - это воздушный (азотный) эквивалент свободной скорости газовыделения при времени T; еm - это воздушный эквивалент коэффициента сорбции; fn - это значение/п, когда молекулярная масса Мn принимается равной 29 (или 28); S - общая быстрота откачки для воздуха.
Когда камера пустая и свободная от материала, подлежащего обработке, и газовыделени- ем от прокладок из эластомера можно пренебречь, данное уравнение далее упрощается до следующего вида:
$$p= \frac{K_{fh}A}{f_{a} \sigma AA+ S} - \frac{V}{f_{a}\sigma A + S} \frac{dp}{dt}$$
где σ - коэффициент, эквивалентный коэффициенту сорбции воздуха для материала стенки (с площадью поверхности А), который может быть несколько больше обычного коэффициента прилипания из-за пористости слоя оксидов и будет зависеть от доли зон адсорбции, занятых в течение времени г. А - это площадь стенки камеры:
$$K_{fh}=K_{fh}/(t/3600)^{a}$$
где Kfl - это свободная скорость газовыделения материала стенки после 1 ч откачки; t - это время, с.
Данное уравнение содержит скрытый коэффициент (1 ч)а= 1, который допускает значения а отличные от 1.
Зависимости между требуемой быстротой откачки и размера.ми камеры
Объем V, л, цилиндрической вакуумной камеры длиной L, см, и радиусом R, см, с выпуклыми днищами может быть получен из следующего выражения:
$$V=10^{-3}\piR^{2}(L+0.4R), (12)$$
где L обычно равняется 3R и соответствует V= R3/100. Площадь (в см2) стенок такой камеры можно рассчитать из следующего выражения:
$$A=2\piR(L+1.1R), (13)$$
и для L = 3R площадь
$$A=26R^{2}, (14)$$
Для типичных промышленных систем, заполненных материалом, подлежащим обработке (таким, как вакуумное покрытие), общая быстрота откачки воздуха Sd, л/с, высоковакуумным насосом (диффузионным или турбомолекулярным) должна быть в 2,5 раза больше объема Кпустой камеры или
$$S_{d}=2.5V=R^{3}/40, (15)$$
и скорость форвакуумного насоса или откачивающего насоса, Sr, обычно составляет приблизительно 5^/100
$$S_{r}=V/40=R^{3}/4000. (16)$$
Для типичных промышленных вакуумных систем с камерами, заполненными материапом, подлежащим обработке
$$S_{d}/A=R/1000, (17)$$
где А - это площадь стенки пустой камеры.
Группа РОСВАКУУМ
Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21
Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.
Телефон: +7 (495) 664-22-07
E-mail: baza@rosvaq.ru
Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров - свяжитесь с нами по телефону или E-mail.
В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.