Скорость газовыделения
Собственную, или «свободную скорость газовыделения» (скорость газовыделения при давлениях настолько низких, что реадсорбция является незначительной и ею можно пренебречь) Kfh, стенок камеры и других поверхностей, открытых внутри камеры при комнатной температуре, можно ориентировочно рассчитать из
$$K_{fh}=K_{fl}/t^{a}_{h}, (2)$$
где th - время откачки до предельного момента времени thm (обычно несколько часов), при котором это простое уравнение не может использоваться; а - постоянная, приблизительно равная 1 для металлических поверхностей, имеющая смысл до времени thm, которая зависит от толщины слоя оксида на металле и приблизительно равняется 0,5 для эластомеров и пластмасс вплоть до времени thm, которая зависит от толщины материала; Кfl - 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 Аm.
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 Kfl 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 Kfh, 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.
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 Kfl для эластомеров и пластмасс выражены в виде Кml.
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).
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 Тmn 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); Еnm - 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
Материал обработки поверхности | Am/Sw | pe | te | 109Kml | a1 | 109Kfl |
А. Коррозионностойкая сталь 1.305 термообработка 24 ч, 150 °С |
2410 |
18 |
0,33 |
0,7 |
1,3 |
623 |
2. 304 термообработка 48 ч, 150 °С а. электрополировка |
717 |
15 |
1,0 |
8,3 |
1,11 |
1410 |
б. электрополировка + тлеющий разряд Не |
717 |
15 |
1,0 |
4,1 |
0,92 |
694 |
в. вакуумный переплав/моющее вещество |
717 |
15 |
1,0 |
4,6 |
1,17 |
779 |
г. обработка поверхности после прокатки/ моющее вещество |
717 |
15 |
1,0 |
4,9 |
1,14 |
830 |
3. 304 первая откачка а. после полировки на ленточнополировочном станке |
790 |
10? |
>24 |
1,6 |
0,9 |
153 |
б. после полировки кожаным кругом |
790 |
10? |
>24 |
1,0 |
1,0 |
96 |
4. 305, термообработка 24 ч, 150 °С, погружение в воду |
1198 |
23 |
24 |
0,8 |
1,2 |
88 |
5. SS K6I8N9T а. Без обработки |
134 |
10? |
>24 |
28 |
1,4 |
486 |
б. Обработка щеткой |
134 |
10? |
0,5 |
7,0 |
1,2 |
372 |
в. Ультразвуковая обр. |
134 |
10? |
0,5 |
3,1 |
1.1 |
165 |
г. Механическая полировка |
134 |
10? |
0,5 |
2,1 |
1.0 |
117 |
д. Химическая полировка |
134 |
10? |
0,5 |
1,8 |
1,0 |
96 |
6. 304, высокая степень полировки, откачка до 8 * 10-10 мм рт. ст., при 12 °С а. Первое воздействие при 12 °С |
14 |
10 |
0,25 |
8,0 |
1,1 |
103 |
б. Второе воздействие при 12 °С |
14 |
1 |
0,25 |
4,3 |
1,2 |
119 |
в. Третье воздействие при 12 °С |
14 |
0,1 |
0,25 |
1,9 |
1,3 |
114 |
г. Четвертое воздействие при 12 °С |
14 |
0,01 |
0,25 |
0,8 |
1,35 |
103 |
7. 304 Без термической обработки, откачка до <10-7 мм рт. ст. а. Первое воздействие |
2,36 |
18 |
'/бО |
40 |
1.33 |
873 |
б. Второе воздействие |
2,36 |
18 |
'/,2 |
80 |
1,2 |
783 |
в. Третье воздействие |
2,36 |
18 |
'/2 |
160 |
и |
655 |
г. Четвертое воздействие |
2,36 |
18 |
3 |
400 |
1,0 |
761 |
д. Пятое воздействие |
2,36 |
18 |
19 |
600 |
0,8 |
805 |
е. Шестое воздействие |
2.36 |
18 |
48 |
600 |
0,8 |
799 |
8. 304, термообработка при 180 “С, откачка до предельного остаточного давления а. Первое воздействие |
19 |
4-10-5 |
0,5 |
0.80 |
0,8 |
558 |
б. Второе воздействие |
19 |
4-10 5 |
0,17 |
0,34 |
0,8 |
399 |
Б. Алюминиевый сплав 1. А6063-ЕХ, термообработка 24 ч, 150 °С |
|
|
|
|||
2. 6061, термообработка 48 ч, 150 "С а. Инертный материал после экструзии (ЕХ) TIG |
717 |
15 |
1,0 |
7,5 |
1.12 |
1270 |
б. Зеркальная финишная отделка |
717 |
15 |
1,0 |
6,4 |
1,12 |
1080 |
в. Обработка поверхности после прокатки/ моющее вещество |
2410 | 18 | 0.33 | 10 | 1.1 | 8890 |
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 Аu - эффективная площадь, через которую происходит просачивание газов; S - это общая быстрота откачки просачивающихся газов.
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@vacuumpro.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.