Техника высокого вакуума. Лабораторный практикум doc
жүктеу/скачать 6.33 Mb. Pdf көрінісі
|
| Лабораторная работа № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ МАТЕРИАЛОВ Одним из условий сохранения высокого вакуума в изолированных от насосов системах и электровакуумных приборах является отсутствие газовыделений с поверхностей и из масс, граничащих с вакуумом. В обычных условиях все материалы содержат связанные газы: удерживаются на поверхности за счет сил физической адсорбции (адсорбированы); растворены в объеме материала (абсорбированы); содержатся в виде химических соединений (хемосорбированы); имеются в виде объемных включений в порах, трещинах (окклюдированы). Связанные газы при определенных условиях могут переходить в свободное состояние (десорбироваться) и повышать давление в замкнутом объеме. Обычно в ходе откачки высоковакуумные системы и электровакуумные приборы подвергаются обезгаживанию. В каждом конкретном случае следует рассматривать пару «материал – газ» и намечать соответствующие пути освобождения материала от газа. В зависимости от способа получения, хранения и обработки материалы могут содержать и выделять самые разнообразные газы: СО, СО 2 , Н 2 О, О 2 , N 2 , H 2 и др. Растворимость кислорода происходит с образованием химического соединения, и аналогичные обстоятельства имеют место для окиси углерода (образование карбонилов). Кислород поглощают все металлы (за исключением благородных). Водород растворяется во многих металлах; в Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Mo, W и Pt растворимость водорода с повышением температуры возрастает, а в Ti, Zr, Ta, Pt – уменьшается. В Au, Zn, Cd и In растворимость водорода вообще невелика. Он лучше всех газов растворятся в металлах вследствие малого радиуса его атомов и ионов. Азот поглощают металлы, образующие нитраты, а именно, Сr, Mo, W, Fe, Mn и Ta, Zr, Al. Такие газы, как CO, CO 2 , SO 2 , СH 4 (и H 2 О), обычно образуются на поверхности металла из составляющих их элементов, если последние содержатся в металле. Идентификацию газов, выделяющихся из материалов, осуществляют обычно с помощью масс-спектрометров. 89 Технологов интересует, кроме того, и количество газов, которое может выделиться из материалов в ходе их вакуумной обработки. В связи с тем, что газовыделение зависит от очень многих факторов и не всегда строго известна «история» материала, то нельзя полностью доверяться справочным сведениям по газовыделению, поэтому часто приходится оценивать газовыделение экспериментально. Наиболее эффективным способом очистки материалов от газов считают высокотемпературный отжиг в вакууме или водороде. При этом решается также проблема снятия внутренних напряжений, появившихся в ходе предварительных механических и других обработок материалов. Газы и металлы образуют растворы различных типов. Сравнительно небольшие по размерам атомы газов (водорода, азота) могут занимать устойчивое положение между большими атомами металла, образуя так называемые растворы внедрения. При этом кристаллическая решетка металла несколько растягивается вследствие колебаний атомов относительно центров равновесия. Если размеры атомов растворяющихся газов соизмеримы с размерами атомов металла, то образуются так называемые растворы замещения: в узлах кристаллической решетки атомы газа замещают атомы металла, при этом решетка деформируется (рис. 1). а б Рис. 1. Деформация кристаллической решетки в случае образования раствора замещения (а) и раствора внедрения (б). Перемещение растворенных атомов газов в объеме металла или к его поверхности происходит за счет диффузии; диффузия возможна тогда, когда колеблющиеся атомы газов приобретают энергию, достаточную для «расталкивания» соседних атомов решетки металла. Диффузия газов в растворах внедрения идет легче, чем в растворах замещения. 90 Коэффициент диффузии газа в металле D, а, следовательно, и скорость диффузии зависит от многих факторов. Выражение для коэффициента диффузии газа через металлическую пластину толщиной δ, по одну сторону которой имеется вакуум, а по другую – газ с давлением Р, экспоненциально зависит от температуры Т: жүктеу/скачать 6.33 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|