Pengenalan kepada pengeluaran gas 11 Januari 2022
4 min baca
Terdapat beberapa sumbangan kepada beban gas dalam sesebuah sistem. Pada tekanan di bawah ~0.1 mbar, yang paling dominan sering kali adalah 'pengeluaran gas'.
Pengeluaran gas adalah hasil daripada desorpsi molekul yang telah diserap sebelumnya, difusi pukal, permeasi dan penguapan. Penjerapan berlaku melalui dua proses utama, physisorption dan chemisorption, dan boleh diterangkan menggunakan lima (atau enam) isoterma pengelasan.
Dengan melihat kadar desorpsi, kelajuan pam dan re-adsorpsi pada permukaan, pengeluaran gas bersih sistem dapat dikira. Dalam artikel ini, kami berkongsi lebih lanjut mengenai proses pengeluaran gas dan kadar pengeluaran gas bagi bahan-bahan biasa. Menurunkan kadar pengeluaran gas membolehkan tekanan vakum yang lebih rendah dicapai.
Beban gas
Seperti yang dilihat dalam Rajah 1, sumbangan kepada beban gas dalam sistem boleh datang dari:
- Gas awal atau gas ‘besar’ dalam sistem
- Beban proses
- Aliran balik
- Kebocoran
- Pengeluaran gas
Untuk sistem yang kedap bocor dalam Vakum Tinggi (HV) tanpa beban proses, pengeluaran gas boleh menyumbang sehingga 100% daripada beban gas.
Rajah 1: Beban gas dalam sistem vakum
Sumbangan relatif spesies yang berbeza kepada beban gas berbeza mengikut tekanan. Untuk banyak aplikasi HV, wap air adalah kebimbangan utama dari segi pengeluaran gas. Walau bagaimanapun, untuk mencapai UHV dalam semua sistem logam, pengeluaran H2 adalah kritikal. Jadual di bawah menunjukkan beban gas utama yang biasa pada pelbagai tekanan.
| Tekanan (mbar) | Beban Gas Utama |
| Atmosfera | Udara (N2, O2, H2O, 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 |
Terdapat 4 mekanisme utama yang menyumbang kepada pengeluaran gas (ditunjukkan dalam rajah di bawah):
- Penguapan bahan permukaan sebenar itu sendiri (dalam logam, ini boleh diabaikan pada suhu operasi biasa)
- Desorpsi — ini adalah proses terbalik daripada adsorpsi; pelepasan molekul yang terikat pada permukaan ruang dan peralatan dalaman.
- Difusi — ini adalah pergerakan molekul dari struktur dalam bahan ke permukaan.
- Permeasi — ini adalah pergerakan molekul dari atmosfera luar melalui jisim ke permukaan vakum.
Sejauh mana setiap faktor ini mempengaruhi pengeluaran gas bergantung kepada komposisi gas dan bahan permukaan (serta sejarahnya). Kadar pengeluaran gas adalah jumlah daripada sumbangan-sumbangan ini.
Rajah 2: mekanisme yang menyumbang kepada pengeluaran gas
Mengira menggunakan persamaan kadar pengeluaran gas
Graf di bawah menunjukkan cara mengira beban gas menggunakan persamaan kadar pengeluaran gas.
Ingatlah bahawa nilai pemalar pereputan memberikan petunjuk tentang bahan dan mekanisme pengeluaran gas. Sebagai contoh:
- α ≈ 1,1-1,2 permukaan logam ultra-bersih
- α ≈ 1 logam, kaca dan seramik
- α ≈ 0,4-0,8 polimer
- α ≈ 0,5-0,7 permukaan yang sangat berpori
- α ≈ 0,5 pengeluaran gas terkawal difusi dari bahan mentah
Nilai pengeluaran gas yang tipikal
Dalam jadual di bawah, kami berkongsi nilai pengeluaran gas yang tipikal, di mana t = 1 jam.
Bahan |
Purata (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 |
Besi lembut |
6,2 x 10-7 |
Keluli Tahan Karat |
1,9 x 10-7 |
Zink |
2,6 x 10-7 |
Titanium |
1,0 x 10-8 |
Pyrex |
9,9 x 10-9 |
Neoprena |
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
Pengeluaran gas sering kali merupakan penyumbang terbesar kepada beban gas sistem (terutamanya di bawah Vakum Sederhana) dan mengehadkan tekanan akhir yang dapat dicapai. Ia berlaku melalui beberapa proses termasuk pengewapan, desorpsi, difusi dan permeasi. Sumbangan utama kepada pengeluaran gas bergantung kepada tahap vakum tetapi dalam HV ia berasal terutamanya daripada wap air, manakala hidrogen adalah yang paling biasa apabila bekerja dengan logam pada UHV.
Terdapat banyak kadar pengeluaran gas yang tersedia dalam literatur, namun terdapat variasi yang ketara dalam kadar-kadar ini. Walaupun variasi dalam kadar pengeluaran gas boleh dikaitkan terutamanya dengan kaedah pengukuran yang digunakan dan penyediaan sampel; pembangunan standard untuk teknik pengukuran kadar adalah sangat berharga.
