Nr ćwiczenia: 33	Elementy technologii próżniowej i zasady obsługi aparatury próżniowej.
Nr zespołu: 4	Adam Zwolak
Data wykonania ćwiczenia:

Wstep teoretyczny:

1. Próżnia.

Próżnią nazywamy stan , jaki panuje w obszarze wypełnionym gazami lub parami , gdy ciśnienie jest niższe niż ciśnienie powietrza atmosferycznego . Współczesne metody pozwalają na osiągniecie ciśnień rzędu 10^(-11) Pa . Próżnia ma ważne znaczenie we współczesnej technice .Wiele procesów technologicznych może być przeprowadzanych jedynie w warunkach zbliżonych do próżni . Zapewnia ona swobodny ruch cząstek bez zderzeń oraz otrzymywanie czystych powierzchni ciał , wolnych od zanieczyszczeń .

Aby zapoznać się z elementami techniki próżniowej należy wyjaśnić zasady jej wytwarzania , zakresy , a także zachowanie się niektórych substancji pod obniżonym ciśnieniem.

2. Własności gazów pod obniżonym ciśnieniem.

Ruch cząstek gazu jest uwarunkowany zderzeniami pomiędzy poszczególnymi cząstkami , a także zderzeniami ze ściankami naczynia . Ruch ten zazwyczaj obrazuje krzywa łamana. Prostoliniowe odcinki tej krzywej nazywamy drogą swobodną , której średnia wartość wynosi:

gdzie:

n - koncentracja cząstek gazu

σ - przekrój czynny cząstek na zderzenie

T - temperatura

C -stała zależna od rodzaju gazu

p - ciśnienie

Jeżeli ciśnienie jest wyrażone w Pascalach , to:   0,66/p [m]

3. Zakresy próżni.

Ruch cząstek w komorze próżniowej jest zależny od stosunku długości drogi swobodnej do charakterystycznego wymiaru liniowego komory (d) . W związku z tym wyróżnia się następujące zakresy próżni :

- niska próżnia dla  d

- średnia próżnia dla d

- wysoka próżnia dla >>d

Stan , w którym panuje ciśnienie około 10^-7 Pa nazywa ultra próżnią.

4. Zasady wytwarzania próżni.

Najczęściej stosowanym układem do uzyskania próżni jest pompa rotacyjna i olejowa pompa dyfuzyjna z chłodzeniem wodnym. Rotacyjne pompy olejowe są pompami mechanicznymi z uszczelnieniem olejowym . Zaletą tych pomp jest łatwa obsługa i duża szybkość pompowania przy ciśnieniach rzędu 1 Pa niezbędnych do uruchomienia pomp dyfuzyjnych. Pompy dyfuzyjne należą do klasy pomp strumieniowych . Działanie polega na przenoszeniu w kierunku wylotu pompy gazu, który wdyfundował do wnętrza strumienia .Prędkość cząsteczek par oleju musi być dostatecznie duża w stosunku do prędkości przenoszonego gazu .

5. Pomiary ciśnienia gazu w obszarze próżni.

Stan próżni obejmuje szeroki zakres ciśnień , w wyniku czego nie może być mierzony za pomocą jednego uniwersalnego miernika .Najczęściej stosowanymi miernikami są :

-- próżniomierz cieplno - przewodnościowy

Zasada jego działania oparta jest na zależności przewodnictwa cieplnego gazu od jego ciśnienia . Zmiany ciśnienia powodują zmiany temperatury rezystora pomiarowego ,a tym samym jego rezystancji i prądu płynącego przez miernik.

-- próżniomierz jarzeniowy z polem magnetycznym

W próżniomierzach tego rodzaju prąd , będący miarą ciśnienia , jest równocześnie prądem , który wywołuje jonizację i podtrzymuje wyładowania niesamoistne w polu elektrycznym wytworzonym przez źródło wysokiego napięcia. Wraz ze zmniejszeniem ciśnienia zmniejsza się prąd wyładowania. Pole magnetyczne jest

wykorzystywane do zwiększania prawdopodobieństwa jonizacji , a także czułości głowicy pomiarowej .

6. Technologie próżniowe.

Z techniką próżniową wiąże się technologia próżniowa. Jednym z jej elementów jest technika osadzania próżniowego warstw cienkich . Najczęściej stosowanymi metodami osadzania są :

-technika naparowania próżniowego

-technika rozpylania jonowego

a) naparowanie:

Przy naparowaniu substancja odparowywana musi być ogrzana do takiej temperatury , w której ciśnienie jej pary staje się większe niż ciśnienie panujące w układzie . Szybkość parowania , określona jako masa substancji (w g) odparowywana z 1cm^2 powierzchni w ciągu 1s, jest proporcjonalna do ciśnienia pary , a więc wzrasta wykładniczo z temperaturą. Ilość osadzonej substancji zależy też od odległości źródła pary od pokrywanej powierzchni . Materiał rozpylany umieszcza się w tyglu metalowym albo ceramicznym , który jest ogrzewany grzejnikiem elektrycznym lub wprost na drucie trudno topliwym . Nagrzewanie może być również dokonywane przez bombardowanie strumieniem elektronów.

Urządzenie do naparowywania składa się z klosza z wziernikiem , dającego się podnosić nad stanowiskiem próżniowym oraz układu pomp.

b) rozpylanie jonowe:

Rozpylanie jonowe polega na przenoszeniu atomów metalu z elektrody ujemnej na jakąś powierzchnię (anodę) umieszczoną w obszarze wyładowań . Przy odpowiednio dobranych warunkach (napięcie, ciśnienie gazu, czas) można uzyskać szybkie , równomierne i dość trwałe pokrycie metalem różnych powierzchni (metalowych, szklanych, ceramicznycz, tkanin naturalnych i sztucznych itp.)

Mechanizm tego zjawiska polega na odparowywaniu metalu katody dzięki wysokim temperaturom , jakie występują w obszarach atomowych pod wpływem bombardowania katody jonami (przekazanie energii uderzających jonów atomom metalu katody) .

Rozpylanie jonowe może być stosowane do powierzchni prostych , nie mających wgłębień, labiryntów itp., gdyż do tych miejsc nie docierają atomy metalu . Również na powierzchniach zbyt gładkich (np. glazurowanych) warstwa napylana nie trzyma się w sposób trwały . Powierzchnie przy napylaniu , podobnie jak przy

naparowaniu , powinny być bardzo czyste.

---