Diversi concetti importanti nella tecnologia del vuoto
Jun 15, 2019| Diversi concetti importanti nella tecnologia del vuoto
Ad una atmosfera, la densità molecolare dell'aria n = 2,7 × 1019 / cm3.
L'aria è una miscela di gas la cui massa molecolare relativa è proporzionale alle molecole del gas. Il peso molecolare relativo dell'azoto era 28,016 e il rapporto in volume era del 78,1%. Il peso molecolare relativo dell'ossigeno è 32 e il rapporto in volume è del 20,93%. Il peso molecolare relativo dell'argon è 39.944 e il rapporto in volume è 0.933%.
La massa molecolare relativa media di = (32 x 28.016 x 78.1 + 20.93 + 39.944 x 0.933) / (78.1 + 20.93 + 0.933) = 28.96
Secondo la teoria cinetica dei gas, la pressione è calcolata come
P = nkT
Nelle unità standard internazionali (pressione Pa, volume m3), la costante di boltzmann k è 1,38 × 10-23 J / k.
La densità delle molecole di gas è zero
N = p / (kT) (1-4)
A una pressione di 1 Pa e una temperatura di 27 ° C, la densità delle molecole di gas è n
N = 1 / (1,38 x 10-23 x + 27) (273) = 2,4 x 1020 / m3
Quindi, anche con un vuoto di 10-9 Pa, ci sono 1011 molecole di gas per metro cubo di spazio.
1. Percorso libero medio delle molecole di gas
Un gas è costituito da un gran numero di molecole. A 0 ℃ un'atmosfera, c'è 1 mole (6,02 × 1023 molecole) in 22,4L di spazio. Queste molecole viaggiano a temperatura ambiente tra 500 e 1.500 m / se si scontrano con altre molecole, cambiano direzione e velocità, e poi si scontrano con altre molecole. La distanza tra le due collisioni viene definita percorso medio libero.
significa percorso libero Lambda [m], pressione p [Pa], temperatura T [K] e diametro molecolare D [m]
Lambda = 3,11 x 10-24 T / pD2 (1-5)
Pertanto, il percorso libero medio di una molecola di gas è inversamente proporzionale alla pressione, direttamente proporzionale alla temperatura, e inversamente proporzionale al quadrato del diametro molecolare.
I dati effettivi di pressione e percorso molecolare medio libero per l'aria con una temperatura di 25 ℃ mostrano che 1Pa è 7mm, 10-1 Pa è 7cm, 10-2pa è 70cm, 10-3 Pa è 7m, e 10-4 Pa è 70m. Ricorda questi numeri per rendere il vuoto più intuitivo.
2. Frequenza incidente delle molecole di gas
Il numero di molecole di gas che urtano su una superficie solida per unità di tempo e area è chiamato frequenza incidente. La relazione tra frequenza incidente r e pressione p [Pa], massa molecolare relativa di gas Mr E temperatura T [K] è espressa come
R = 2,6 × 10-24 p / (MrT) 1/2 [m2 · s] (1-6)
Il numero di molecole di gas che urtano su una superficie solida per unità di tempo e area è chiamato frequenza incidente. La relazione tra frequenza incidente r e pressione p [Pa], massa molecolare relativa di gas Mr E temperatura T [K] è espressa come
R = 2,6 × 10-24 p / (MrT) 1/2 [m2 · s] (1-6)
Se il percorso libero medio delle molecole di gas è uguale o superiore alle dimensioni del contenitore, ci sono più collisioni tra le molecole di gas e la parete che tra le molecole di gas. Questo stato è chiamato flusso molecolare (figura 1.3 (a)). Se il percorso libero medio è breve, il numero di collisioni tra le molecole di gas è superiore a quello tra le molecole di gas e la parete del contenitore. Questo stato è chiamato flusso viscoso (figura 1.3 (b)). Quando le molecole di gas viscoso vengono espulse dalla pipeline, la velocità dell'asse centrale è massima e la velocità vicino al muro diminuisce gradualmente.
Per flusso molecolare o flusso viscoso, vengono selezionati diversi tipi di pompe per vuoto per ottenere il vuoto, che sarà descritto in dettaglio nella sezione della pompa del vuoto.
FIGURA. 1.3 schema schematico del flusso molecolare e del flusso viscoso
3. Conduzione del calore nel vuoto
La conduzione del calore si verifica quando c'è una differenza di temperatura tra due posizioni nello spazio. Nel caso del flusso viscoso, anche la densità molecolare del trasferimento di calore e il percorso medio libero delle molecole cambiano quando cambia la pressione. Poiché il percorso libero medio e la densità molecolare hanno effetti opposti sulla conduzione del calore, il contributo del gas alla conduzione del calore è trascurabile per il flusso viscoso.
Nel caso del flusso molecolare, se il percorso libero medio delle molecole di gas è più lungo della spaziatura tra i due lati del vuoto, le molecole di gas che ottengono energia termica passeranno direttamente attraverso il vuoto verso l'altro lato. Quindi la quantità di calore trasferita attraverso le molecole del gas è correlata alla densità molecolare del gas. La densità molecolare di un gas è proporzionale alla pressione, quindi il calore trasferito dalle molecole è proporzionale alla pressione. Tuttavia, la densità molecolare nel flusso molecolare è molto bassa e il trasferimento di calore effettivo è trascurabile.
Per l'ambiente del vuoto, la conduzione del calore dello stato del flusso molecolare è principalmente la radiazione. Al fine di migliorare la qualità del film sottile che cresce nel contenitore sottovuoto, il substrato viene solitamente riscaldato, che viene principalmente ottenuto mediante radiazione termica.
IKS PVD, macchina per il rivestimento sottovuoto, contattare: iks.pvd@foxmail.com
