Презентация на тему «Вакуум (от лат»

Вакуум (от лат

vacuum - пустота). Понятие вакуум имеет три различных значения - для техники, космических исследований и физики. В космических исследованиях: на высоте 50 000 километров над поверхностью Земли концентрация молекул равна примерно четырем штукам в 1 см3. Такая концентрация уже близка к состоянию космического вакуума. Физическим вакуумом называется пространство, в котором отсутствуют частицы вещества, и установилось низшее энергетическое состояние. В технике вакуумом называется состояние газа, при котором его давление ниже атмосферного.

Основные понятия вакуумной техники

Вакуум количественно определяют абсолютным давлением газа

В зависимости от значения давления различают вакуум низкий, средний, высокий и сверхвысокий. Единицей измерения давления в системе СИ является 1 Па.

Применение вакуума в науке и технике

В электронной технике вакуум является необходимым для работы осветительных ламп, генераторных и СВЧ- приборов, телевизоров и рентгеновских трубок. В производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем широко используют вакуумные технологии для нанесения тонких пленок. Машиностроение — сварка в вакууме позволяет соединить керамику с металлом, сталь с алюминием, что невозможно в обычных условиях. В вакууме осуществляется нанесение упрочняющих покрытий на режущий инструмент, износостойких покрытий на детали машин. Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на напыление алюминия в вакууме. Просветленная оптика, защитные слои и фильтры получают напылением тонких слоев в вакууме. В легкой промышленности напылением в вакууме металлизируют пластмассу, фольгу, бумагу и ткани для получения декоративных покрытий.

В пищевой промышленности — для длительного хранения и консервирования

пищевых продуктов используется вакуумная сушка вымораживанием. Выпаривание в вакууме применяют при производстве сахара, при опреснении воды, солеварении. Также используют вакуумные упаковки. В медицине - вакуум применяют для сохранения лекарств, при получении ряда препаратов, в хирургии его используют для заживления ран и т.д. Новые типы полупроводниковых структур, особо чистые материалы, сплавы, сверхпроводящие пленки, специальные покрытия изготавливаются в вакууме. Вакуум является идеально чистой технологической средой, в которой можно осуществить электрофизические процессы при изготовлении изделий микро- и наноэлектроники.

Необходимость вакуума при напылении тонких пленок

где k - постоянная Больцмана; Т - усредненная температура газа; Р - давление газа в рабочем объеме; dМ - диаметр молекулы испаренного вещества.

Схема процесса термического испарения: 1 — испаритель; 2 — подложка; 3 — молекулы испаряемого вещества

Общая характеристика методов получения вакуума

Когда говорят о вакууме с технической точки зрения, то речь идет об использовании вакуума в широком диапазоне давлений – от атмосферного 105 до 10-10 Па.

Области действия вакуумных насосов

Механические вакуумные насосы Принцип объемной откачки

В процессе объемной откачки выполняются следующие операции: 1) всасывание газа за счет расширения объема рабочей камеры насоса; 2) уменьшение объема рабочей камеры и сжатие находящегося в ней газа; 3) удаление сжатого газа из рабочей камеры в атмосферу.

Схема пластинчато-роторного насоса: 1 — камера; 2 — ротор; 3 — пластины; 4 — пружина

Некоторые схемы объемных насосов

Механические насосы с масляным уплотнением

Золотниковый насос

Многопластинчатый насос

9

Механические безмаслянные насосы

Спиральный насос

Мембранный насос

10

Пароструйные насосы Принцип пароструйной откачки

Удаление газа из вакуумной системы с помощью высокоскоростной струи называется пароструйной откачкой.

Схема диффузионного насоса: 1 — входное отверстие; 2 — сопло; 3 — рабочая камера насоса; 4 — охлаждение; 5 — выходной патрубок; 6 — нагреватель; 7 — паропровод

11

Некоторые схемы турбомолекулярных насосов

12

Современные модификации крионасосов являются самыми «чистыми» из всего

семейства высоковакуумных насосов, применяющихся в настоящий момент.

Схема криогенного насоса: 1–конденсирующая решетка при Т = 80 К, 2- конденсирующая решетка с древесным углем при Т = 15 К, 3- корпус из нержавеющей стали

13

Тепловые преобразователи

Принцип действия тепловых преобразователей основан на зависимости теплопередачи через разреженный газ от давления.

Схема термопарного вакуумметра

Данный вид вакуумметров позволяет измерять давления 5*103... 10 -1 Па.

Измерительное уравнение теплового преобразователя можно записать так:

где KТ - коэффициент теплопроводности, ТН и Тб – температуры нити и баллона, Iн — ток, проходящий через нить; R — сопротивление нити; EИ, ЕМ- потери теплоты за счет излучения нити и теплопроводности материала нити.

Вакуумные датчики Пирани

Вакуумные датчики Пирани измеряют давление в диапазоне от атмосферного до 10-2 Па. Они работают по принципу передачи тепла от катода, который нагревается проходящим через него электрическим током, к окружающему газу.

15

Электронные ионизационные преобразователи

Принцип действия электронных преобразователей основан на ионизации газа электронами и измерении ионного тока, по величине которого судят о давлении.

Ионизационный преобразователь измеряет в диапазоне давлений от 1 Па до 5*10 - 6 Па.

Измерительное уравнение ионизационного преобразователя можно записать так:

где К – чувствительность вакуумметра; Ii – ионный ток; Ie – электронный ток.

16

Вакуумметр абсолютного давления серии SmartlineTM

Вакуумметр предназначен для измерения давления до 5x10-7 Па. Широкодиапазонный вакуумметр VSM72MV, включающий в себя два датчика (низковакуумный датчик Пирани и высоковакуумный датчик с холодным катодом) обеспечивает удобное, точное и стабильное измерение вакуума в диапазоне от атмосферы до сверхглубокого вакуума.

17