Nekoliko važnih koncepata u vakuum tehnologiji
Jun 15, 2019| Nekoliko važnih koncepata u vakuum tehnologiji
U jednoj atmosferi, molekularna gustina zraka n = 2,7 × 1019 / cm3.
Vazduh je mešavina gasova čija je relativna molekularna masa proporcionalna molekulima gasa. Relativna molekularna težina azota je 28.016, a volumni odnos 78.1%. Relativna molekulska masa kiseonika je 32, a volumni odnos je 20,93%. Relativna molekularna težina argona je 39,944, a volumni odnos 0,933%.
Prosječna relativna molekularna masa = (32 x 28.016 x 78.1 + 20.93 + 39.944 x 0.933) / (78.1 + 20.93 + 0.933) = 28.96
Prema kinetičkoj teoriji gasova, pritisak se izračunava kao
P = nkT
U međunarodnim standardnim jedinicama (tlak Pa, volumen m3), boltzmannova konstanta k je 1,38 × 10-23 J / k.
Gustina molekula gasa je nula
N = p / (kT) (1-4)
Pri pritisku od 1Pa i temperaturi od 27 ℃, gustina molekula plina je n
N = 1 / (1,38 x 10-23 x + 27) (273) = 2,4 x 1020 / m3
Dakle, čak i pri vakuumu od 10-9 Pa, postoji 1011 molekula plina po kubnom metru prostora.
1. Prosečni slobodni put molekula gasa
Gas se sastoji od velikog broja molekula. U atmosferi od 0 1 ima 1 mol (6.02 × 1023 molekula) u 22.4L prostora. Ovi molekuli putuju na sobnoj temperaturi od 500 do 1500 m / s i sudaraju se s drugim molekulima, mijenjaju smjer i brzinu, a zatim se sudaraju s drugim molekulima. Udaljenost između dva sudara naziva se prosječna slobodna staza.
znači slobodan put Lambda [m], tlak p [Pa], temperatura T [K] i molekularni promjer D [m]
Lambda = 3.11 x 10 do 24 T / pD2 (1-5)
Tako je prosečna slobodna putanja molekula gasa obrnuto proporcionalna pritisku, direktno proporcionalna temperaturi, i obrnuto proporcionalna kvadratu molekularnog prečnika.
Stvarni podaci o tlaku i molekularnom slobodnom putu za zrak sa temperaturom od 25 that pokazuju da je 1Pa 7mm, 10-1 Pa 7cm, 10-2pa 70cm, 10-3 Pa 7m i 10-4 Pa 70m. Zapamtite ove brojeve da bi vakuum učinio intuitivnijim.
2. Učestalost incidenata molekula plina
Broj molekula gasa koji udara u čvrstu površinu po jedinici vremena i oblasti se naziva frekvencija incidenta. Odnos između frekvencije udara r i pritiska p [Pa], relativne molekularne mase gasa Mr And temperature T [K] izražava se kao
R = 2,6 × 10-24 p / (MrT) 1/2 [m2 · s] (1-6)
Broj molekula gasa koji udara u čvrstu površinu po jedinici vremena i oblasti se naziva frekvencija incidenta. Odnos između frekvencije udara r i pritiska p [Pa], relativne molekularne mase gasa Mr And temperature T [K] izražava se kao
R = 2,6 × 10-24 p / (MrT) 1/2 [m2 · s] (1-6)
Ako je prosečna slobodna putanja molekula gasa ista ili duža od veličine kontejnera, ima više sudara između molekula gasa i zida nego između molekula gasa. Ovo stanje se naziva molekularni protok (slika 1.3 (a)). Ako je prosečna slobodna staza kratka, broj sudara između molekula gasa je veći od broja između molekula gasa i zida kontejnera. Ovo stanje se naziva viskozni protok (slika 1.3 (b)). Kada se molekuli viskoznog gasa izbace iz cevovoda, brzina centralne ose je maksimalna, a brzina u blizini zida postepeno se smanjuje.
Za molekularni protok ili viskozni protok, odabrani su različiti tipovi vakuumskih pumpi kako bi se dobio vakuum, što će biti detaljno opisano u odjeljku vakuumske pumpe.
Fig. 1.3 shematski dijagram molekularnog protoka i viskoznog protoka
3. Provodenje toplote u vakuumu
Provođenje topline nastaje kada postoji razlika u temperaturi između dvije lokacije u prostoru. U slučaju viskoznog protoka, molekularna gustina prenosa toplote i prosečni slobodni put molekula takođe se menjaju kada se pritisak promeni. Budući da srednja slobodna putanja i molekularna gustina imaju suprotne efekte na provođenje topline, doprinos plina za provođenje topline je zanemariv za viskozni protok.
U slučaju molekularnog protoka, ako je prosječan slobodni put molekula plina duži od razmaka između dvije strane vakuuma, molekule plina koje dobivaju toplinsku energiju kretat će se direktno kroz vakuum na drugu stranu. Dakle, količina toplote koja se prenosi kroz molekule gasa je povezana sa molekularnom gustinom gasa. Molekularna gustina gasa je proporcionalna pritisku, tako da je toplota koju prenose molekuli proporcionalna pritisku. Međutim, molekularna gustina u molekularnom toku je veoma niska, a stvarni prenos toplote je zanemarljiv.
Za vakuumsko okruženje, provođenje topline molekulskog protočnog stanja je uglavnom zračenje. Da bi se poboljšao kvalitet tankog filma koji raste u vakuum kontejneru, podloga se obično zagreva, što se uglavnom postiže toplotnim zračenjem.
IKS PVD, mašina za vakuumsko premazivanje, kontaktirajte: iks.pvd@foxmail.com
