Několik důležitých pojmů ve vakuové technologii
Jun 15, 2019| Několik důležitých pojmů ve vakuové technologii
Při jedné atmosféře byla molekulová hustota vzduchu n = 2,7 x 1019 / cm3.
Vzduch je směs plynů, jejichž relativní molekulová hmotnost je úměrná molekulám plynu. Relativní molekulová hmotnost dusíku byla 28,016 a objemový poměr byl 78,1%. Relativní molekulová hmotnost kyslíku je 32 a objemový poměr je 20,93%. Relativní molekulová hmotnost argonu je 39,944 a objemový poměr je 0,933%.
Průměrná relativní molekulová hmotnost = (32 x 28,016 x 78,1 + 20,93 + 39,944 x 0,933) / (78,1 + 20,93 + 0,933) = 28,96
Podle kinetické teorie plynů se tlak vypočítá jako
P = nkT
V mezinárodních standardních jednotkách (tlak Pa, objem m3) je konstanta boltzmann k 1,38 × 10-23 J / k.
Hustota molekul plynu je nulová
N = p / (kT) (1-4)
Při tlaku 1 Pa a teplotě 27 ° C je hustota molekul plynu n
N = 1 / (1,38 x 10-23 x + 27) (273) = 2,4 x 1020 / m3
Tudíž i ve vakuu 10-9 Pa existuje 1011 molekul plynu na metr krychlový.
1. Průměrná volná dráha molekul plynu
Plyn je tvořen velkým počtem molekul. V atmosféře 0 ℃ je 1 mol (6,02 × 1023 molekul) v 22,4 l prostoru. Tyto molekuly se pohybují při pokojové teplotě 500 až 1500 m / s a kolidují s jinými molekulami, mění směr a rychlost a pak kolidují s jinými molekulami. Vzdálenost mezi oběma kolizemi se nazývá průměrná volná dráha.
střední volná cesta Lambda [m], tlak p [Pa], teplota T [K] a průměr molekuly D [m]
Lambda = 3,11 x 10 až 24 T / pD2 (1-5)
Průměrná volná dráha molekuly plynu je tedy nepřímo úměrná tlaku, přímo úměrná teplotě a nepřímo úměrná čtverci průměru molekuly.
Skutečná data o tlaku a molekulární střední dráze volného vzduchu pro vzduch s teplotou 25 ℃ ukazují, že 1Pa je 7 mm, 10-1 Pa je 7 cm, 10-2pa je 70 cm, 10-3 Pa je 7 m, a 10-4 Pa je 70m. Pamatujte si tato čísla, aby se vakuum cítilo intuitivnější.
2. Incidentní frekvence molekul plynu
Počet molekul plynu narážejících na pevný povrch za jednotku času a plochu se nazývá frekvencí dopadu. Vztah mezi frekvencí dopadu r a tlakem p [Pa], relativní molekulovou hmotností plynu Mr And teplotou T [K] je vyjádřen jako
R = 2,6 × 10-24 p / (MrT) 1/2 [m2 · s] (1-6)
Počet molekul plynu narážejících na pevný povrch za jednotku času a plochu se nazývá frekvencí dopadu. Vztah mezi frekvencí dopadu r a tlakem p [Pa], relativní molekulovou hmotností plynu Mr And teplotou T [K] je vyjádřen jako
R = 2,6 × 10-24 p / (MrT) 1/2 [m2 · s] (1-6)
Pokud je průměrná volná dráha molekul plynu stejná nebo delší než velikost nádoby, dochází k více srážkám mezi molekulami plynu a stěnou než mezi molekulami plynu. Tento stav se nazývá molekulární tok (obrázek 1.3 (a)). Pokud je průměrná volná dráha krátká, je počet kolizí mezi molekulami plynu vyšší než mezi molekulami plynu a stěnou nádoby. Tento stav se nazývá viskózní tok (obrázek 1.3 (b)). Když jsou viskózní molekuly plynu vypuzeny z potrubí, je rychlost centrální osy maximální a rychlost v blízkosti stěny se postupně snižuje.
Pro molekulární proudění nebo viskózní proudění se volí různé typy vakuových čerpadel, aby se dosáhlo vakua, které bude podrobně popsáno v sekci vakuové pumpy.
Obr. 1.3 Schematický diagram molekulárního toku a viskózního proudění
3. Vedení tepla ve vakuu
Vedení tepla nastává, když je teplotní rozdíl mezi dvěma místy v prostoru. V případě viskózního proudění se při změně tlaku mění také molekulová hustota přenosu tepla a průměrná volná dráha molekul. Protože střední volná dráha a molekulová hustota mají opačné účinky na vedení tepla, podíl plynu na vedení tepla je zanedbatelný pro viskózní proudění.
V případě molekulárního proudění, je-li průměrná volná dráha molekul plynu delší než vzdálenost mezi oběma stranami vakua, molekuly plynu, které získávají tepelnou energii, se budou pohybovat přímo ve vakuu na druhou stranu. Takže množství tepla přenášené molekulami plynu souvisí s molekulovou hustotou plynu. Molekulová hustota plynu je úměrná tlaku, takže teplo přenášené molekulami je úměrné tlaku. Molekulová hustota v molekulárním toku je však velmi nízká a skutečný přenos tepla je zanedbatelný.
Pro vakuové prostředí je vedení tepla stavem molekulárního toku hlavně záření. Aby se zlepšila kvalita tenkého filmu, který roste ve vakuové nádobě, substrát se obvykle zahřívá, což se dosahuje hlavně tepelným zářením.
IKS PVD, vakuový lakovací stroj, kontakt: iks.pvd@foxmail.com
