Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Высоковакуумцая смазка [215) [2Щ * Полимер тетрвфторетилевл. прн комнатной температуре 24 24 24 24 24 24 48 51 10! 51 5,4 0 44 1,1 2.0 2,5 2,0 0.035 2,2 0,11 1,О [231) (23Ц [231[ [231( [231! [2'5! ! 232! 232) 232) 232) 3, Материалы, применяемые в вакуумных системах постыл в значительной мере обратим [232]. Силастомер 80 термостоек, как и витон, и также имеет низкие скорости газовыделения после отжига. Однако для нсго характерна необычайно высокая газопраницаемость, и поэтому он непригоден к использованию в качестве прокладок.
Телефон отлнчаетсн от других эластомеров в том отнршеняи, что основным компонентом его газовыделения является СО, а не ЙзО [232]. Из-за превосходной стойкости антона А, характеристики его газо. выделения были изучены наиболее детально. Согласно данным Де Ксерпатони [236, 237] давление, обусловленное разложением антона, при комнатной температуре близко к 10 гз, а при 180' С вЂ” к 10-'мм рт. ст. В процессе первого отжига выделяется некоторое количество углеводородов, однако прн последующих циклах прогрева обнаружить их уже не удается.
Следовательно, наличие их свидетельствует о неполной полнмеризации исходного материала [232]. Согласно Элиссы и др. [238] значительное разложение наблюдается при отжиге до 300 С. Основным компонентом газовыделения при этом является НГ. Хотя скорости газовыделения н могут меняться вследствие некоторых различий в процессах производства эластомера, однако минимальные значения скоростей около 1О 'змм рт.
ст. л с-' см-е воспроизводимы. Однако из-за значительной расгворимосчн в антоне А Н О и СОз [237[ для достижения таких скоростек выделения газа проводить обезгаживание необходимо в оптимальном ин. тервале температур 150 — 200' С [210]. Последним достижением в хлассе эластомеров являются полиамиды, получившие от фирмы-изготовителя название веспел. Основным достоинством этого материала согласно сообщениям является его способность выдерживать отжиг при 300' С [233]. По сравнению с витоном веспел более активно адсорбирует пары волы, н поэтому для него необходим отжиг.
Выделяемые газы состоят в основном из Н,О с меньшими количествами СО, СО, и Н,. После охлаждения до комнатной температуры из этих компонентов остаются только СО н СОз со скоростями газовыделения до 4 . !0™ мм рт. ст. ~ л с-з ° см-э. Г. Проникновение газов Свойства материалов, обусловливающие проникновение газов внутрь твердых тел, рассмотрены Нортоном [239], Процесс инициируется адсорбцпей газовых частиц, падающих на внешнюю поверхность откачнваемой камеры. При условии, что растворимость газа в данном материале конечная, алсорбировапные атомы нлн молекулы проникают внутрь тела Получаю.
щийся в результате градиент концентрации вызывает продвижение растворенных частиц в глубь тела до тех пор, пока они не достигают внутренней поверхности вакуумной камеры. Вышедшие на поверхность частицы по. падают на сорбцнонные состояния, с которых опн затеи десорбируются и вакуум, поскольку их концентрация на поверхности превышает равновесную для данного низкого давления внутри камеры Обычно предполагают, что процессы адсорбции и десорбции протекают и~ачнтельно быстрее, чем перенос газа через твердое гено за счет диффузии. Ноэгочу скорость просачивания газа определяется процессом двффуэни. Эгот процесс может быть сведен к одномерной задаче проникновенйя через ялосхопараллельную стенку гак, как это показано на рнс.
45. Согласно .шкоиу Генри концентрация раствореняого а геле газа на некотором расстоянии от поверхности стенки может быгь выражена через эквивалентное давление, характерное для равновесного состояния твердого тела с данной концентрацией растворенного газа и свободным газом. При такой поста- Гл. 2.
Техника высокого вакуума нонке задачи второй закон диффузии Фике [уравнение (13)) может быть представлен в следующем виде бр бер — )) — . дг ((хе (15) Функция р (х, г), соответствующая профилю концентрации внутри стенки, должна удовлетворять следующим граничным условиям: при г = 0 давление газа у наружной стенки есть ре, тогда как в самом теле газа нет (р (х, О) 0 для 0 ц,, х < г(). Предполагается, что давление свободного газа на внутренней стенке пренебрежимо мало по сравнению с р,.
В ходе дифл)г фузионного процесса, для Г,«О, исходное давление на обеих поаерхиостяк стенки поддерживается неизменным. Для этих граничных условий решение уравнения (1б) выражается суммой функций ошибок [193). Профили концентрации для двух промежуточных состояний, показанные на рис. 45, иллюстрируют постепенное проникио. ф вение газа в твердое тело. Рпс. (3. Респределенне концептрвцнп глзв (в еднвпце* эквивалентного двеленке) о твердотельноа стенке до плчвлв процесса пронек повеннп (Г 0), в двук промемуточнмк состоепнок (Г, н Г») н е стецноплрном состокннк Ы !.
Через достаточно большой промежуток времени стенка насыщается газом и распределение концентрации достигает своего устойчивого состо. яиия. Наибольший интерес представляет расиределенне концентрации у внутренней стенки, поскольку именно градиент»(СЯх при х = (( определяет скорость выделения газа в вакуум г' г(С 1 ()р А()~ — ) мм. рт. ст.
л с-), ((х к а (1ба) ГДЕ (гр — СКОРОСТЬ ПРОНИКНОВЕИИЯ Гаэа; Л вЂ” ПЛОШаДЬ ПОВЕРХНОСТИ; Р— коэффициент диффузии в сме ° с-т, а с(С = СоцР согласно закону Генри. Следовательно, уравнение (1ба) может быть преобразовано к энду «г» () / цц) Яр 1,ЬАСед~~гг — ехР ~ — ~ мм Рт. ст, л с (. (17) 240 Общее решение уравнения (1бб) в виде ряда Фурье было получено Родер- сом, Буритцтем и Альпертом [240).
Для случая относительно небольшого промежутка времени, соответствующего основной части переходного пе. риода, зтн авторы ввели аппроксимацию 3. Материалы, применяемые в вакуумных системах 4эяаииавараве ъ;" 47-'в евавгенвив р' ~~в г!!я ее ге Вв Фч ь ч ке ь" //)-о $ $ Р 7//// Ма вере Лат Ут йрвмн, Рне. ез, зеекенмоегь скорости нроенкноеенне ое еремеем.
!Покегеноее, его О 10-' ем'е-', гг 1 мм, Се она н р !е мм рг. ег.> Ление линейно (см. ряс. 46) с г)р/ггх ре/г/. Соответствующая подстановка в уравнение (!66) приводит к следующему уравнению для скорости з стационарном состоянии 9р — -0,76 А/)Се — к мм рт. ст..л с-'. е! (18) Зависимость скорости проникновенна от времени для переходных и стационарных состояний показаны на рис. 46. В противоположность процессу обезгаживания выделение газа эа счет эффекта проникновения растет с улучшением вакуума н достигает своей наибольшей величины в конце вакуумного цикла. Д. Проницаемость вакуумных материалов Динамические измерения непосредственно скорости проникновения Яр описаны Альтемоэе [206[. Рогерс, Буритц и Альперт [240) испольэовали метод накопления.
Если эа время Ж в вакуумную камеру объемом )г прони яает небольшое количество газа !)р, то давление в ией увеличится иэ гтрг причем Чтобы получить зависимость измеряемого давления в камере от времени, это соотношение нужно подставить в уравнения (17) илв (!8). Но поскольку время установления стационарного состояния при комнатной температуре может растягиваться до нескольких недель, то целесообразнее воспользоваться случаем переходных состояний. Справедливость аппроксимации в уравнении (17) была подтвержена экспериментально с помощью обоих 24! Скорости проникновения для стационерного состояния следуют непосредственно из уравнения (166) на основании предположения, что й стационарном состоянии профиль концентрации газа в стенке во времени меняться не должен.
Поэтому количество газа, входящего и покидающего тонкий слой стенки г!х, должно быть одинаковым для всех !гр (х) *= сопз1. Это возможно только в том случае, если градиент концентрации г(р/г!л = сопз! для всех х. Следовательно, в стационарном состоянии распреде- Гл. 2. Техника высокого вакуума методов (динамического метода и метода нйдопления). Измерение скорости проникновения дтя перехо1]ного состоянг(д, Вроне того, позволяет определять раздебьно Коэффициент диффузни д й растворимость Сэ [240], тогда как в 'случае стационарйого состбяния получается только их произ. ведение Р =' 77Се.
Величина Р носит название проницаемости и харак. тернзует способность данного материала пропускать газы. Согласно уравнению (18) для эластомеров и стекол броницаемость (( Р Я РЛР, (19а) и выражается а единицах мм р. ст. ° л для стенки толщиной 1 см и пере. пада давления ! мм рт. ст, Выражение (19э) не применимо для металлов из-за диссоциации молекул гааз, В этом случае б Р =([Р Юрь (19б) и чаще всего используется перепаддавления в один миллиметр ртутного столба.
Поскольку величины газопроницаемости при 25' С малы, измерения часто проводят при повышенных температурах. Эмпирическая зависимость гэзопроницаемости от температуры Р (Т) = Р, ехр ( — Ер)[(Т) свидетельствует об активацнонном характере процесса. Аналогичную зависимость от температуры имеет коэффициент диффузии О, и поскольку Р = РСе прн условии, что проницаемость определяется процессом диффузии, а С, от температуры не зависит, то можно полагать, что Ер= Ер, В случае проникновения гелия через стекла нескольких типов такое предположение действительно подтверждается [240]. Однако известны примеры сильной зависимости растворимости газов в металлах, э также в некоторых стеклах [129]. В этих случаях энергии Ер и Еп различаются.
Значения Ер для Не, Хе и Н, а случае стекол лежат в пределах от 5 до 12 ккал моль-', тогда как в случае металла — от 20 до 60 ккал моль ' [!72, 241]. Обзор систем газ — твердое тело, для которых проводились измерения проницаемости, проведен в ста~ье Рэдхеда [129]. Нортон ]242] сформулировал два общих правила, касающихся эффектов проникновения газов сквозь твердое тело.
Он нашел, что полимеры проницаемы для всех газов и что металлы яе проницаемы ни для одного из инертных газов. До сих пор чтн обобще. ния не противоречат результатам экспериментов. 1) Металлы. Поскольку газопроницаемость пропорциональна растворимости газа в твердом теле, то наибольшей скоростью проникновения в металлы обладает водород. Действительно, хак следует нз рис. 47, проницаемость его в железо и никель сравнительно высока. Для других металлов. в тои числе и стали (за исключением палладин ) значения этого параметра намного ниже. Два металла, Рб и Р1, имеют близкие значения раствори.
мости водорода, но очень сильно отличаются в отношении его газопрони. цаемости. Это связано с разницей в величинах энергии диффузии Е~ которая для Р! почти вдвое больше, чем для Рб [243). Системы Н, — йГ и Н, — Мо исследовались при температурах выше 800' С [241[. По сравнению с водородом проницаемость других газов в соответствии с меньшими значенияии Ср и Е! значительно ниже.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
