Розанов Вакуумная техника 1990 (Молекулярный практикум (все лабораторные) + Курсовая)

Л. Н. РОЗАНОВ ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА Издание второе, переработанное и дополненное Допущено Государственным комитетом СССР по неродному образованию в начествв учебника длл студентов вузов, обучающихсл по специальности калектронное машиностровниел Москва «Высшая школа»1990 ББК 31.77 Р64 УДК 621.52 ПРЕ)(ИСЛОВИЕ 1ЗВР) 5.06-000479-1 ББК 31.77 9ПЗ.7 001(01) — 90 Учебное издание Розанов Леоыид Ныкоааевич ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА 1$В)т) 5-06-000479-1 © Л. Н. Розанов, 1990 Рецензент — кафедра полупроводннкового ы злектровакуумыого машиностроения Московсиого государственного технического университета нм. Н.

3. Баумана (зав. кафедрой — д-р техн, наук, проф. Л. Н. Волчкевыч) Розанов Л. Н. Р64 Вакуумная техника: Учеб. для вузов по спец. «Вакуумная техника». — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк. 1990. — 320 сл нл. В киаге рассматриваются физико-зимвческие процессы в вакууме в аа поззрхиссти твердого тела, течеаке газов по трубопроводу; вопросы сбъемисй я ссрбциоввсй откачки, приицип лействия взкуумиыз насосов, тзчеискавие; даны типОвые вакуумиые сксмм изжив и установок, ссисвы кокструирсэаиия вакуумвых систем. Вс втором издавая П.е — !962 г.1,в иовом метслическсм излсжсиия лавы разлелы фявикп вакуупа, физических процессов и сорбциоавмх ивлеаий а вакуу не. гг(о)гооое(4309900000) — 1зз Р 1Тг 39 Зав.

редакцией В. И. Трефилов, Редактор Е. А. Орехова. Худож. редактор Г. М. Скворцова. Переплет худсжныка В. В. Гарбузова. Мл. редаитор С А, Пацеза. Технический редактор Г. А, Фетисова. Корректор Г, И. Кострикова нв уе тзыз Иэх. М ЭР-499. Сдано в кибер 2806.89. Пахи. в,пзчать 02.01.90. Т-0600!. формат 60Х88%«. Вум.

офс. М»2 . Гарнитура литэратурвзя. Печать сйюэтиая. объем !9,60 уел псч. л. 19.60 уел. кр..стт. 19лв уч.-взд. л. Тйраж !6 000 экз. Зак. Мг 1884. Цена 1 руб. Изазт«льство «высшая школа», !01420, Мссквз, ГСП-4, Негавивзя ул., д. 29Л4. Московская типеграфвя Ъ 8 гпсуларствевиого комитета СССР по печати, 10!898, Москва, Хохлпэскяй пер.„т, Разработка новых технологических процессов, обеспечивающих техническое перевооружение основных отраслей производства, тесно связана с вакуумной техникой. Новые типы полупроводниковых структур, особо чистые материалы, сплавы„специальные покрытия изготавливаются в вакууме. Вакуум является идеально чистой технологической средой, в которой можно осуществить электрохимические и электрофизические процессы при изготовлении изделий микроэлектроники. Настоящий учебник охватывает все основные разделы вакуумной техники.

Во втором издании учебника существенно переработаны главы по физике вакуума, сорбциончым явлениям и физическим процессам в вакууме. Особое внимание уделено улучшению описания закономерностей процессов, происходящих при различных степенях вакуума. Выделение специальной главы, посвященной физико-химическим методам получения вакуума, соответствует все расширяющейся практике их применения. Расчет не- стационарных процессов в вакуумных системах, выделенный в данном издании в отдельную главу, рассмотрен более подробно. Значительная часть объема учебника посвящена изучению методов проектирования вакуумных систем, Оптимизация при проектировании по экономическому критерию делает их удобными для автоматизированного проектирования на ЗВМ.

Каждая глава учебника заканчивается контрольными вопросами, которые могут быть использованы для контрольных мероприя,тий при аудиторном изучении курса или для самопроверки. В учебнике имеются подробные примеры решения типовых задач. Курс «Вакуумная техника» изучается студентами в рамках специальной технологической и конструкторской подготовки. Разделы физики вакуума, сорбцнонных явлений, физических процессов в вакууме, получения и измерения вакуума можно отнести к технологической, а расчет и проектирование вакуумных систем при стационарном и нестациоиарном режимах работы, а также конструирование вакуумных систем — к конструкторской подготовке.

Учебник написан на основе курса лекций, которые читают- 3 ся автором в Ленинградском политехническом институте им. М. И. Калинина. Автор выражает благодарность д-ру техн. наук, профессору Л. И. Волчкевичу и канд. техн. наук, доц. Е. А, Деулину за ценные замечания, высказанные в процессе рецензирования рукописи, а также сотрудникам кафедры «Автоматы» ЛПИ им.М. И. Калинина М. М.

Донской и М. 1. Гореловой за помощь в работе над рукописью. Пожелания н замечания по книге можно направлять по адресу: 101430, Москва ГСП-4, Неглинная ул., 29/14, издательство «Высшая школа». Автор ВВЕДЕНИЕ $ В.1. История развития вакуумной техники До середины ХЧП в. понятие «вакуум», в переводе с латинского означающее пустоту, использовалось лишь в философии. Древнегреческий философ Демокрит одним из «начал мира» выбрал пустоту. Позднее Аристотель вводит понятие эфира — неощутимой среды, способной передавать давление. В этот период знания о свойствах разреженного газа еще отсутствовали, но вакуум уже широко использовался в водоподъемных и пневматических устройствах. Научный этап развития вакуумной техники начинается с 1643 г., когда в Италии Э. Торричелли, ученик знаменитого Г. Галилея, измерил атмосферное давление.

В 1672 г. в Германии О. Герике изобрел механический поршневой насос с водяным уплотнением, что дало возможность проведения многочисленных исследований свойств разреженного газа. Изучается влияние вакуума на живые организмы. Опыты с электрическим разрядом в вакууме привели вначале к открытию электрона, а затем и рентгеновского излучения. Теплоизолирующие свойства вакуума помогли создать правильное представление о способах передачи теплоты и послужили толчком для развития криогенной техники.

Успешное изучение свойств разреженного газа обеспечило возможность его широкого технологического применения. Оно началось с изобретения в 1873- г. первого электровакуумного прибора †лам накаливания с угольным электродом в русским ученым А. Н. Лодыгиным и открытием американским ученым и изобРетателем Т. Эдисоном в 1883 г. термоэлектронной эмиссии, С этого момента вакуумная техника становится технологической основой электровакуумной промышленности.

Расширение практического применения вакуумной техники сопровождалось быстрым развитием методов получения и измерения вакуума. За небольшой период времени в начале ХХ в. были изобретены широко применяемые в настоящее время вакуумные насосы: вращательный (Геде, 1905), криосорбционный (Д.

Дьюар, 1906), молекулярный (Геде, 1912), диффузионный (Геде, 1913). Аналогичные успехи были достигнуты и в развитии способов из- 5 мерения вакуума, К (3-образному манометру Торричелли добавились компрессионный (Г. Мак-Леод, 1874), тепловой (М. Пирани, 1909), ионизационный (О. Бакли, 1916), Одновременно совершенствуются научные основы вакуумной техники. В России П.

Н. Лебедев (190!) впервые использует в своих опытах идею удаления остаточных газов с помощью ртутного пара. В этот же период исследуются фундаментальные свойства газов при низких давлениях, течение газов и явления переноса (М. Кнудсен, М. Смолуховский, И. Ленгмюр, С. Дешман).

В СССР становление вакуумной техники связано с именем академика С. А. Векшинского (1896 — 1974), организовавшего в 1928 г. вакуумную лабораторию в Ленинграде, а затем возглавившего научно-исследовательский вакуумный институт в Москве. До 50-х годов существовало мнение, что давления ниже 10 а Па получить невозможно. Однако работы американских ученых Ноттингема (1948) по измерению фоновых токов ионнзационного манометра и Альперта (1952) по созданию ионизационного манометра с осевым коллектором расширили диапазон рабочих давлений вакуумной техники еще на три-четыре порядка в область сверхвысокого вакуума.

Для получения сверхвысокого вакуума изобретают новые насосы: турбомолекулярный (Беккер, 1958), магниторазрядный (Джепсен и Холанд, 1959); совершенствуются паромасляные и криосорбционные насосы. При измерении низких давлений применяются анализаторы парциальных давлений, с помощью которых определяют состав и давление каждой компоненты остаточных газов, Сверхвысоковакуумные системы потребовали для обеспечения их надежной сборки и эксплуатации разработки чувствительных методов определения натеканий в вакуумных системах: масс-спектрометрического, галоидного и др.

Для снижения газовыделения вакуумных конструкционных материалов начинает применяться высокотемпературный прогрев всей вакуумной установки. Вакуумные системы изготавливают цельнометаллическими, разрабатывают конструкции сверхвысоковакуумных уплотнений, вводов движения и электрических вводов в вакуум. Совершенствуются технологические методы получения неразъемных соединений металла со стеклом, электронно-лучевая и газовая сварка. В 60-х годах успешное развитие вакуумной техники привело к разработке стохастических методов расчета вакуумных систем. Достижения криогенной техники в получении низких температур нашли применение в технологии получения вакуума.