Pendahuluan tentang outgassing 11 Januari 2022
4 menit baca
Ada beberapa kontribusi terhadap beban gas sistem. Pada tekanan di bawah ~0,1 mbar, yang paling dominan sering kali adalah 'outgassing'.
Outgassing adalah hasil desorpsi molekul yang sebelumnya diserap, difusi massal, permeasi, dan penguapan. Adsorpsi terjadi melalui dua proses utama, fisisorpsi dan kemisorpsi, dan dapat dijelaskan menggunakan lima (atau enam) isoterma klasifikasi.
Dengan melihat laju desorpsi, kecepatan pemompaan, dan re-adsorpsi pada permukaan, net outgassing sistem dapat dihitung. Dalam artikel ini, kami membahas lebih lanjut tentang proses outgassing dan laju outgassing material umum. Menurunkan laju outgassing memungkinkan tekanan vakum yang lebih rendah dicapai.
Beban gas
Seperti terlihat pada Diagram 1, kontribusi terhadap beban gas sistem dapat berasal dari:
- Gas awal atau 'massal' dalam sistem
- Beban proses
- Streaming balik
- Kebocoran
- Pembuangan gas
Untuk sistem yang kedap kebocoran dalam Vakum Tinggi (HV) tanpa beban proses, outgassing dapat berkontribusi hingga 100% dari beban gas.
Diagram 1: Beban gas dalam sistem vakum
Kontribusi relatif spesies yang berbeda terhadap muatan gas bervariasi dengan tekanan. Untuk banyak aplikasi HV, uap air adalah masalah utama dalam hal outgassing. Namun, untuk mencapai UHV dalam semua sistem logam, pengeluaran gas H2 sangat penting. Tabel di bawah ini berbagi beban gas utama umum pada berbagai tekanan.
| Tekanan (mbar) | Beban Gas Utama |
| Atmosfer | Udara (N2, O2, H2, O, Ar, CO2) |
| 10-3 | Uap air (75-95%), N2, O2 |
| 10-6 | H2O, CO, CO2, N2 |
| 10-9 | CO, H2 CO2, H2O |
| 10-10 | H2, CO |
| 10-11 | H2, CO |
Ada 4 mekanisme utama yang berkontribusi terhadap outgassing (ditampilkan dalam diagram di bawah):
- Penguapan material permukaan yang sebenarnya (dalam logam, ini tidak penting pada suhu pengoperasian umum)
- Desorpsi - ini adalah proses terbalik dari adsorpsi; pelepasan molekul yang terikat pada permukaan ruang dan perlengkapan internal
- Difusi - ini adalah pergerakan molekul dari struktur dalam materi ke permukaan
- Permeasi - ini adalah pergerakan molekul dari atmosfer eksternal melalui massa ke permukaan vakum
Sejauh mana masing-masing memengaruhi outgassing bergantung pada komposisi gas dan bahan permukaan (dan sejarahnya). Laju outgassing adalah jumlah dari kontribusi ini.
Diagram 2: mekanisme yang berkontribusi terhadap outgassing
Menghitung menggunakan persamaan laju outgassing
Grafik di bawah ini menunjukkan cara menghitung beban gas menggunakan persamaan laju outgassing.
Perlu diingat bahwa nilai konstanta pembusukan memberikan indikasi tentang material dan mekanisme pengeluaran gas. Contohnya:
- α ≈ 1,1-1,2 permukaan logam ultra bersih
- α ≈ 1 logam, kaca, dan keramik
- α ≈ 0,4-0,8 polimer
- α ≈ 0,5-0,7 permukaan yang sangat berpori
- α ≈ 0,5 pengeluaran gas yang dikontrol difusi dari massa
Nilai outgassing tipikal
Dalam tabel di bawah ini, kami membagikan nilai outgassing umum, di mana t = 1 jam.
Bahan |
Rata-rata (mbarls -1cm -2) |
Aluminium |
3,0 X 10-7 |
Besi |
2,7 X 10-7 |
Kuningan |
1,5 x 10 -6 |
Tembaga |
2,3 x 10 -8 |
Emas |
1,1 x 10 -7 |
Mild steel |
6,2 x 10 -7 |
Baja tahan karat |
1,9 x 10 -7 |
Seng |
2,6 x 10 -7 |
Titanium |
1,0 x 1,0 -8 |
Pyrex |
9,9 x 10 -9 |
Neoprene |
4,0 x 10 -5 |
Viton A |
1,1 x 10 -6 |
PVC |
3,2 x 10 -6 |
PTFE |
1,4 x 10 -6 |
Ringkasan
Outgassing sering kali merupakan kontributor terbesar terhadap beban gas sistem (khususnya di bawah Medium Vacuum) dan membatasi tekanan tertinggi yang dapat dicapai. Proses ini terjadi melalui beberapa proses, termasuk penguapan, desorpsi, difusi, dan permeasi. Kontribusi utama terhadap outgassing tergantung pada tingkat vakum, tetapi di HV terutama berasal dari uap air, sementara hidrogen paling umum saat bekerja dengan logam di UHV.
Ada banyak laju outgassing yang tersedia dalam literatur, namun ada variasi yang signifikan dalam hal ini. Meskipun variasi laju outgassing terutama dapat dikaitkan dengan metode pengukuran yang digunakan dan persiapan sampel, pengembangan standar untuk teknik pengukuran laju akan sangat berharga.
