Część teoretyczna.
Stan próżni:
Próżnią nazywany jest stan, jaki panuje w obszarze wypełnionym gazami lub parami, gdy ciśnienie jest niższe niż ciśnienie powietrza atmosferycznego.Stosowanie prózni w procesach technologicznych wynika z dwu zasadniczych powodów:
-Zapewnienie swobodnego ruchu cząstek bez zderzeń.
-Otrzymania czystych powierzchni ciał, wolnych od zaabsorbowanych gazów.
Własności gazów pod obniżonym ciśnieniem
Średnia droga swobodna.
Ruch termiczny cząstek uwarunkowany jest ich zderzeniami ze ściankami naczynia i zderzeniami wzajemnymi. Ruch ten przedstawia linia łamana, taka jak pokazana na rysunku.
Prostoliniowe odcinki odpowiadają drodze swobodnej, której średnia wartość * jest równa:
; gdzie: n - koncentracja cząstek gazu, * - przekrój czynny cząstek na zderzenie, T - temperatura, C - stała zalerzna od rodzaju gazu.
W stałej temperaturze długość drogi swobodnej jest odwrotnie proporcjonalna do koncentracji gazu, a więc i do ciśnienia: ;gdzie :K - stały współczynnik, P - ciśnienie.
Zakres próżni.
Podczas zmniejszenia ciśnienia liczba wzajemnych zderzeń pomiędzy cząsteczkami gazu maleje i począwszy od pewnego ciśnienia cząstki zderzają się głównie ze ścianami komory próżniowej. Charakter ruchu cząstek gazu w komorze jest więc zależny od stosunku długości drogi sfobodnej do charakterystycznego wymiaru liniowego komory próżniowej (d).W technice próżniowej rozrużnia się w związku z tym trzy zakresy próżni:
- niska próżnia dla
- średnia próżnia dla
- wysoka próżnia
Zasada wytwarzania próżni
Najprostrzy układ prórzniowy. Składa się z komory próżniowej, przewodu próżniowego i pompy próżniowej. Po włączeniu pompy gaz przemiszcza się od komory do pompy przez przewód próżniowy co powoduje zmniejszanie się ciśnienia w komorze. Pomiędzy końcami przewodu powstaje różnica ciśnień P1-P2. Szybkość zmiany ciśnienia u wlotu do pompy i w opróżnianej objętości jest różna, w związku z tym rozóżniamy szybkość opróżniania komory S0 (objętość gazu przechodzącego w jednostce czasu z komory do przewodu peóżniowego przy ciśnieniu P1) oraz szybkość pompowania pompy SP (objętość gazu usówanego przez pompę w jednostce czasu przy ciśnieniu P2.
Zasady działania przyrządów do pomiaru ciśnienia gazu w obszarze próżni.
Próżniomierze cieplno-przewodnościowe.
Próżnomierze te działają na zasadzie zależności przewodnictwa cieplnego określonego gazu od jego ciśnienia. Powierzchnia nagrzana, umieszczona w próżni traci ciepło jedynie przez promieniowanie. Gdy cząsteczka o temperaturze otoczenia uderzy w powierzchnię nagrzaną nastąpi zwiększenie jej prędkości i ochłodzenie tej powierzchni. Ilość odprowadzonej od nagrzanej pow. energi cieplnej, a więc obnirzenie temperatury powierzchni będzie tym znaczniejsze, imwyższe jest ciśnienie gazu. Taką nagrzaną powierzchnią morze być np. drut oporowy, którego oporność zmienia się z temperaturą. Rezystencję drutu oporowego określić można przez pomiar natężenia lub napięcia prądu, a zatem tego rodzaju miernik morze być wyskalowany w jednostkach cinienia. Zakres ciśnień w których próżniomierze tego typu znajdują zastosowani (przewodność cieplna gazu jest dobrze mierzalna) to: .
Próżniomierz jarzeniowy z polem magnetycznym.
W zakresie ciśnień niższych niż , stosuje się metody polegające na jonizacji gazu (oddzieleniu elektronu walencyjnego z elektronowej powłoki cząsteczki), przez co cząsteczka staje się jonem dodatnim. Prąd elektryczny jonów daje się łatwo wzmacniać i mierzyć. W próżnomierzach jarzeniowych jonizacja zachodzi po wpływem wyładowań o wysokim napięciu w obecności pola magnetycznego. Prąd wyładowania przepływa pomiędzy katodą a anodą. Elektrony dzięki polu magnetycznemu poruszaja się po liniach śrubowych, przez co skutecznie jonizują cząstki gazu. Wytworzone jony uderzają w katodę, wytrącając z niej elektrony, które znowu jonizują cząstki gazu i w ten sposób wyładowanie podtrzymuje się. Prąd wyładowania zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia gazu i jest miarą tego ciśnienia. Zakres pomiarowy próżnomierza jarzeniowego jest zawarty w granicach: .
Technologie próżniowe.
Technika osadzania próżniowego warstw cieńkich
- technika naparowania próżniowego.
Substancję przeznaczoną do odparowania podgrzewamy do takiej temperatury, w której prężność jej par jest większa od ciśnienia w komorze próżniowej. Podgrzewanie substancji może być realizowane kilkoma sposobami. Najczęściej stosuje się podgrzewanie elektryczne pośrednie tzn. substancja przeznaczona do odparowania umieszczona jest w łódce z trudno topliwego materiału , która nagrzewa się pod wpływem przepływającego prądu. Po nagrzaniu się substancja zaczyna parować. Gdy ten proces się rozpocznie zasłonę i pary substancji pokrywają obiekt. Czasami zainstalowana jest dodatkowa aparatura, która pozwala na kształtowanie geometri naparowanej warstwy i regulację warunków wzrostu warstwy na podłożu.
-technika rozpylania jonowego
Metoda ta polega na rozpylaniu materiału z którego wykonana jest tarcza przez wiązkę jonów wytwarzanych w żródle dowolnej konstrukcji. Wybite z tarczy atomy reagują z jonami wiązki, a następnie już zjonizowane atomy tworzą powłokę na wsadzie. Zaletą tej metody jest to że wiązką jonów można rozpylać dowolne materiały i precyzyjnie sterować składem nanoszonej powłoki.