Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Заметные скорости проник. 3. Материалы, применяемые в вакуумных системах Телгпвратура, '0 з00 Д70 ч цч 1 -4 70 $ 70-в Ь 70-в 470 ге 70 70 Ю 70-гг 20 2,0 Д0 7000ттТ, К 80 Д0 70007Т,К Рпс. 47. Зависимость сворост» ироивкиовеиия еолоролв через стоику металла толщииоа ! мм от темпервтурм при перепаде Лавлсиия тье лли рт. ст, 123з, 2441. Рис.
44. Зввпсимость скорости про- никиовеиия гелия через стекло тол- щиной ! мм при перепияе Кввлеиии Ш мм рт, ст. 12ОЗ1. рпс. 48. Иэ анализа данных его измерений следует, что газопроницаемость гм кол пропорциона.тьна концентрации окислов, образуюпгих каркас струк. туры стекла, таких, как 510, В,Оз и Р,Ов. Добавление окислов основных металлов уменьшает проницаемость. Впервые зависимость скорости проникновения от состава стекла заметил Нортон )242). По этой причине пиргкс является более подходящим материалом для вакуумных колпаков, щ л< плавленый кварц или анкор. Эти дза последних материала наиболее проницаемы из стекол для всех газов, кроме гелия. Однако, как следует и либэ.
9, проницаемость для газов, диаметр атомов или молекул которых г льшс, чем у гелия, соответственно намного меньше )205). 3) Эластомеры. Характерные данные для газопроницаемости зластомер и представлены в табл. 1О. По сравнению с металлами и стекламн тшпггомеры не столь сслективны и ямеют значительные скорости прониви мости для всех без исключения газов. Наиболее поразительна прони. ищ ность силоксановой резины, вследствие чего этот материал иеприго. юн для высоковакуумиых применений. Наименьшие скорости пронина. 243 новення наблюдаются для )Л)2 через Мо, Ге и Сг; для СО через Ре, Р)л и для Ое через Н! н Сц )82).
По данным Коллинса и Тарнбела )244), не. ржавеющая сталь марки 304 непроницаема для Кю СО н СОз для темпе. ратур вплоть до 800' С. Необычайно высока проницаемость кислорода в серебро )245). 2) Стекла. Легче других проникает через стекла гелий. Альтемозе )205) измерил скорость проникновения газов через стекла двадцати различ. ных птпов, и некоторые из полученных им зависимостей представлены на Тейпература,'0 тт 0 В07 000' ЗЙ7' 20 7 100 7У Гл. 2. Техника высокого вакуума Таблица 9 Проницаемость газов через плавленый кварц и анкор [толщина стенок — 1 мм; перепад давления 10 мм рт. ст.) Проницаемость, нн рт.
от. о .см через Гзз ананасные кварц нрн 25'С [239! анзор ор» 400ч С [2461 4,5 ° 10 зе 5,25 10-зз 1,5 10 б 10 3,75 10-!' 1,5,10-43 2,25 10лш 1,5 10-зз 5,0 10-зз оценка 1,5 10 емости имеют антон А и бутиловая резина. Хотя зти материалы и проницаемы для воды, но скорости ее проникновения малы по сравнению со сио. ростами обезгаживания. Обычно из-за небольших отличий в химическом составе, газопроннцаемости различных партий материала могут несколько различаться !237]. Таблица 10 Проницаемость газов через аластомеры (данные представлены в единицах 0,75.10-з мм рт.
ст. л с-'см-' для толщины стенки ! мм и разяости давления 10 мм рт. ст. ]2!5]) Прн 25' С Прн 30' С Вазстонер Сч Ат СО н, Не .дуа 000— 20 1О 5— 5- 4) Проникновение атмосферных газов. Вклад аффектов пронииновеиия в атмосферу остаточных газов вакуумной системы зависит от относительного содержания газов в воздухе. В табл. 11 представлены данные о парциальных давлениях составляюшия воздуха. При расчете реальных скоростей проникновения зги давления необходимо учесть, принимая также во внимание нормировиу давления, вспользоваииую в расчете значений проницаемости Р в табл.
1О, Пр ро — =Р— А с[ Несколько наиболее важных примеров приведено в табл. 12. Из зтнх оценок следует, что применение прокладок из зластомеров, включая антон А является лимитирующим фактором прн попытках получить сверхвысоки[] вакуум. Из табл. 8 следует, что проницаемость основных атмосферных га- Не 1[е Н [Оз О Аг Резина снлонсзноеан вцеа н Резана алоронревонан Каучук нзтуральниа Вагон А Резина бутнаоезн УОО 1О !О 30 3 т 400 !о 1О зо 1Π— 20 3 зоо О,! — ! 1 г — е 0,1 — 0.4 0,3 ООО 1 — 4 3 — 4 О,! — 2 1 — 5 тоо 2 3 20 0,1 600 !О >10 бо 1О 4 8.
8)атериалы, применяемые в вакуумных системах Таблица 11 Варцнальные давления газов в воздухе [239) Давненве, мм рт. са.' Давление. мм рт. ет, Геа Гва 595 159 7,0о 2,5 10 1,4.!О Азот Кислород Аргон Двуокись углерода Неон а Прн Зб' Я в бб!4 относительной влажностн. Таблнпа !2 Скорость проникновения некоторых из атмосферных газов Пронннаюжнй гаа Снорость нровннноаення мм рт. ст.
л. а .см Матернал етенан 2,25.10 Нержавеющая сталь 304, толщиной 2 мм Пнренс 7740, ! мм Плавленый кварц, 1 мм 3,0 10 тв 1,5 10 те 2 25 10 0,75 1О [1-4). 10-а (0,2 — 5) 10 в 1О а — 10 Не Не 5!е н !4в Ов [т! +О Внтон А, 5 мм зов для антона превышает скорости газовыделения из него после обезгажнвання. В соответствии с этим обычно стараются избегать использования эластомеров в сверхвысоковакуумных системах, Однако это правило справедливо не для всех случаев. Фаркас н Барри обнаружили, что охлаждение прокладок из бутиловой резины, неопрена, Вила !а! и витона А до — 25' О значительно снижает их газовыделение [231).
Влияние снижения температуры на структуру эластомеров проявляется в увеличении кристаллической фракции материала за счет аморфной [235[. А поскольку газы легче днффунднруют через аморфные тела, то проникновение, а также н выделение растворенных в теле газов при охлаждение уменьшается. Кроме того, эффект усиливается за счет зкспоненциальной зависимости Р и Р от температуры. На практике охлаждение лимитируется тем, что еластомер постепенно теряет эластичность и при очень низких температурах становится хрупким.
Компромиссным решением является использование оклаждения фреоном, причем при этих температурах проницаемость бутиловой резины становятся значительно меньше, чем для витона А. Используя охлаждаемые фреоном прокладки из этого типа иаучука, Фаркасу [211[ удалось достигнуть предельного разрежения 1О-т' мм рт. ст.
Представленные в табл. !2 скорости проникновения атмосферного водорода через сталь. а также гелия через стекло ниже, чем скорости обез- Гл. 2. Технпка высокого вакуума гаживания для этих материалов. Проникновение газов может стать определяющим фантором лишь в случае чрезвычайно низких давлений в предельно обезгаженных системах. Так, например, Альперт и Буритц [247] обнаружили, что предельный вакуум в небольшой гернетизированной системе из пирекса определяется просачиванием через стенки гелия, 4.
ТЕХНИКА МОНТАЖА ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ Вакуумные установки состоят из элементов, изготовленных из материалов с разными физическими свойствами и соединенных между собой с помощью различных способов. При изготовлении таких соединений важно прежде всего в стыках соединяемых деталей обеспечить вакуумную герметичность. Вакуумные соединения классифицируются по материалам соединяемых элементов (например, металл — стекло), по используемому способу соединения, по возможности разборки и по функциональному назначению узла. Функциональные узлы предназначаются для передачи электрического тока, излучения, механического динжения из внешнего пространства внутрь вакуумной камеры.
При необходимости обеспечить более глубокий вакуум (до сверхвысокого) возрастают требования к таням чувствительным к температуре свойствам материалов соединений, как давление паров и проницаемость. Выбор способа соединения определяется главным образом функциональным назначением узла и заданным интервалом рабочих давлений. В пределах данной категории соединения он определяется такими факторами, как стоимость и доступность, Очень важно помнить, что именно неадекватность способов соединений является главным источником неполадок в вакуумном оборудовании.
Дополнительные расходы на выполнение надежного и прочного соединения вполне компенсируют неизбежные в противном случае затраты на поиски течей и ремонт произведенной продукции. В следующем разделе читатель получит основные представления о вакуумных соединениях и способах монтажа. Более подробное рассмотрение этого вопроса может быть найдево в (248). А. Неразборные вакуумные соединения Неразборные соединения представляют интерес прежде всего для раз.
работчиков и изготовителей вакуумных систем. Однако поскольку обору. довапие для осаждения для некоторых частных применений или исследований часто перестраивается, оперзтор также долм;ен иметь определенные знания об основных способах выполнения соединений. Выбор способа соединений зависит от свойств материалов. Неразборные соединения металлов с металлами осуществляются сваркой иля пайкой твердыми припоямн. Паяные мягкимн припоями соединения мегалла с металлом являются полуразборнымн (составляющие его детали могут быть разъединены н вновь соединены без нарушения рабочих поверхностей). Г!о мере того, как популярные ранее стеклянные вакуумные системы заменяются цсльиометаллическими, стеклянные паяпые соединения теряюг свое значение.
Однако соединения металла со стеклом и металла с керамикой для специальных вакуумных элементов применимы и по настоящее время. Третья группа вакуумных материалов, эластомеры, применяются только в разбарных соединениях. 1) Процессы сварки. В процессе копструнроваиия и изготовления предназначешгые для свариваиия детали тщательно подгоняются одна к 246 4. Техника монтажа вакуумных систем другой с тем, чтобы их кромки можно было бы сплавить.
Соединяемые части приводятся в непосредственный контакт и локально нагреваются до расплавления кромок деталей. Из-за взаимной диффузии и перемешивания исходные пограничные поверхности нарушаются. Сварной (или сплавной) шов получается при последующем затвердевании расплава. Вакуумные колпаки или другие крупные элементы, изготавливаемые из крупногабаритного листового проката, не удаетсп выполнять с требуемыми малыми допусками, и тогда для получения вакуумно-плотного соединения требуется добавка металла †заполните.
Некоторые виды сварки можно проводить лишь под давлением. Однако в производстве вакуумных систем такие способы соединения распространены меньше. Далее процессы свар. ки будут дифференцированы в соответствии со способом подвода тепла к соединяемым рабочим площадкам. Применяется сварка газом (пламенем), электрической дугой и электронным лучом. Более детально эти процессы рассматриваются в книгах и справочниках(249 — 251). При газовой сварке источником тепла служит факел горящей смеси горючего газа и кислорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
