Несколько важных концепций в вакуумной технике
Jun 15, 2019| Несколько важных концепций в вакуумной технике
В одной атмосфере молекулярная плотность воздуха n = 2,7 × 1019 / см3.
Воздух - это смесь газов, относительная молекулярная масса которых пропорциональна молекулам газа. Относительная молекулярная масса азота составляла 28,016, а объемное соотношение составляло 78,1%. Относительная молекулярная масса кислорода составляет 32, а объемное соотношение составляет 20,93%. Относительная молекулярная масса аргона составляет 39,944, а объемная доля составляет 0,933%.
Средняя относительная молекулярная масса = (32 х 28,016 х 78,1 + 20,93 + 39,944 х 0,933) / (78,1 + 20,93 + 0,933) = 28,96
Согласно кинетической теории газов, давление рассчитывается как
P = nkT
В единицах международного стандарта (давление Па, объем м3) постоянная Больцмана k составляет 1,38 × 10-23 Дж / к.
Плотность молекул газа равна нулю
N = p / (кТ) (1-4)
При давлении 1 Па и температуре 27 density плотность молекул газа равна n
N = 1 / (1,38 х 10-23 х + 27) (273) = 2,4 х 1020 / м3
Таким образом, даже при вакууме 10-9 Па на кубический метр пространства приходится 1011 молекул газа.
1. Средняя длина пробега молекул газа
Газ состоит из большого количества молекул. При 0 ℃ атмосферы в 22,4 л пространства находится 1 моль (6,02 × 1023 молекулы). Эти молекулы движутся при комнатной температуре со скоростью от 500 до 1500 м / с и сталкиваются с другими молекулами, изменяют направление и скорость, а затем сталкиваются с другими молекулами. Расстояние между двумя столкновениями называется средней длиной пробега.
длина свободного пробега Лямбда [м], давление p [Па], температура T [K] и молекулярный диаметр D [м]
Лямбда = 3,11 х 10 до 24 Т / пД2 (1-5)
Таким образом, средняя длина свободного пробега молекулы газа обратно пропорциональна давлению, прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна квадрату молекулярного диаметра.
Фактические данные давления и средней длины свободного пробега для воздуха с температурой 25 ℃ показывают, что 1 Па составляет 7 мм, 10-1 Па - 7 см, 10-2 Па - 70 см, 10-3 Па - 7 м, а 10-4 Па - 70м. Запомните эти цифры, чтобы сделать вакуум более интуитивным.
2. Частота инцидентов молекул газа
Количество молекул газа, сталкивающихся с твердой поверхностью в единицу времени и площади, называется частотой падения. Соотношение между падающей частотой r и давлением p [Па], относительной молекулярной массой газа Mr А и температурой T [K] выражается как
R = 2,6 × 10-24 п / (мрт) 1/2 [м2 · с] (1-6)
Количество молекул газа, сталкивающихся с твердой поверхностью в единицу времени и площади, называется частотой падения. Соотношение между падающей частотой r и давлением p [Па], относительной молекулярной массой газа Mr А и температурой T [K] выражается как
R = 2,6 × 10-24 п / (мрт) 1/2 [м2 · с] (1-6)
Если средняя длина свободного пробега молекул газа равна или больше, чем размер контейнера, между молекулами газа и стенкой возникает больше столкновений, чем между молекулами газа. Это состояние называется молекулярным потоком (рисунок 1.3 (а)). Если средняя длина свободного пробега короткая, число столкновений между молекулами газа больше, чем столкновений между молекулами газа и стенкой контейнера. Это состояние называется вязким течением (рисунок 1.3 (б)). Когда молекулы вязкого газа выталкиваются из трубопровода, скорость центральной оси максимальна, а скорость у стенки постепенно уменьшается.
Для молекулярного потока или вязкого потока выбираются различные типы вакуумных насосов для получения вакуума, что будет подробно описано в разделе вакуумных насосов.
ИНЖИР. 1.3 Принципиальная схема молекулярного потока и вязкого потока
3. Теплопроводность в вакууме
Теплопроводность возникает, когда существует разность температур между двумя точками в пространстве. В случае вязкого потока молекулярная плотность теплообмена и средняя длина свободного пробега молекул также изменяются при изменении давления. Поскольку длина свободного пробега и молекулярная плотность оказывают противоположное влияние на теплопроводность, вклад газа в теплопроводность незначителен для вязкого потока.
В случае молекулярного потока, если средняя длина свободного пробега молекул газа больше, чем расстояние между двумя сторонами вакуума, молекулы газа, получающие тепловую энергию, будут перемещаться непосредственно через вакуум на другую сторону. Таким образом, количество тепла, передаваемого через молекулы газа, связано с молекулярной плотностью газа. Молекулярная плотность газа пропорциональна давлению, поэтому тепло, передаваемое молекулами, пропорционально давлению. Однако молекулярная плотность в молекулярном потоке очень низкая, и фактический теплообмен незначителен.
Для вакуумной среды теплопроводность состояния молекулярного потока является в основном излучением. Чтобы улучшить качество выращивания тонкой пленки в вакуумном контейнере, подложку обычно нагревают, что в основном достигается тепловым излучением.
IKS PVD, вакуумная лакировочная машина, контакт: iks.pvd@foxmail.com
