บทนําเกี่ยวกับการกําจัดก๊าซออก 11 มกราคม 2022
อ่าน 4 นาที
มีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อปริมาณก๊าซของระบบ ที่แรงดันต่ํากว่า ~0.1 มิลลิบาร์ ส่วนใหญ่มักจะเป็น 'การระบายก๊าซออก
การระบายก๊าซออกเป็นผลมาจากการดูดซับโมเลกุลที่ดูดซับก่อนหน้านี้ การแพร่กระจายปริมาณมาก การซึมผ่าน และการระเหย การดูดซับเกิดขึ้นผ่านกระบวนการหลักสองกระบวนการ ได้แก่ การดูดซับทางกายภาพและการดูดซับทางเคมี และสามารถอธิบายได้โดยใช้ไอโซเทอร์มัลการจําแนกประเภทห้า (หรือหก) ชนิด
เมื่อพิจารณาอัตราการดูดซับ ความเร็วในการปั๊ม และการดูดซับซ้ําบนพื้นผิว จะสามารถคํานวณการปล่อยก๊าซสุทธิของระบบได้ ในบทความนี้ เราจะแบ่งปันข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการปล่อยก๊าซออกและอัตราการปล่อยก๊าซออกของวัสดุทั่วไป การลดอัตราการไล่ก๊าซจะช่วยให้ได้แรงดันสุญญากาศที่ต่ําลง
การจ่ายก๊าซ
ดังที่เห็นในแผนภาพที่ 1 การมีส่วนร่วมในการโหลดก๊าซของระบบอาจมาจาก:
- ก๊าซเริ่มต้นหรือก๊าซ 'จํานวนมาก' ในระบบ
- ประจุไฟฟ้า
- เบื้องหลัง
- การรั่วไหล
- การระบายอากาศ
สําหรับระบบที่ปิดสนิทในสุญญากาศสูง (HV) โดยไม่มีโหลดในกระบวนการ การปล่อยก๊าซออกอาจมีส่วนทําให้เกิดโหลดก๊าซได้สูงถึง 100%
แผนภาพที่ 1: โหลดก๊าซในระบบสุญญากาศ
การมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ของก๊าซชนิดต่างๆ ต่อปริมาณก๊าซจะแตกต่างกันไปตามแรงดัน สําหรับการใช้งาน HV จํานวนมาก ไอน้ําเป็นข้อกังวลสําคัญในแง่ของการปล่อยก๊าซออก อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ UHV ในระบบโลหะทั้งหมด การปล่อยก๊าซ H2 เป็นสิ่งสําคัญ ตารางด้านล่างจะแบ่งปันโหลดก๊าซหลักทั่วไปที่แรงดันต่างๆ
| ความดัน (mbar) | โหลดแก๊สสูง |
| สิ่งแวดล้อม | อากาศ (N2, O2, H2, O, Ar, CO2) |
| 10-3 | ไอน้ํา (75-95%), N2, O2 |
| 10-6 | H2O, CO, CO2, N2 |
| 10-9 | CO, H2 CO2, H2O |
| 10-10 | H2, CO |
| 10-11 | H2, CO |
มีกลไกหลัก 4 ประการที่ส่งผลต่อการปล่อยก๊าซออก (แสดงในแผนภาพด้านล่าง):
- การระเหยของวัสดุพื้นผิวที่แท้จริง (ในโลหะ ไม่สําคัญที่อุณหภูมิการทํางานทั่วไป)
- การดูดซับ - นี่คือกระบวนการย้อนกลับของการดูดซับ การปล่อยโมเลกุลที่ยึดติดกับพื้นผิวของห้องและอุปกรณ์ยึดภายใน
- การแพร่กระจาย - คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจากโครงสร้างภายในของวัสดุไปยังพื้นผิว
- การซึมผ่าน - นี่คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจากบรรยากาศภายนอกผ่านส่วนใหญ่ไปยังพื้นผิวสุญญากาศ
ระดับที่ก๊าซแต่ละชนิดส่งผลกระทบต่อการระบายออกมาจากก๊าซจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของก๊าซและวัสดุพื้นผิว (และประวัติ) อัตราการปล่อยก๊าซออกเป็นผลรวมของการมีส่วนร่วมเหล่านี้
แผนภาพที่ 2: กลไกที่ส่งผลต่อการปล่อยก๊าซออก
การคํานวณโดยใช้สมการอัตราการปล่อยก๊าซออก
กราฟด้านล่างแสดงวิธีการคํานวณปริมาณก๊าซโดยใช้สมการอัตราการปล่อยก๊าซออก
โปรดจําไว้ว่าค่าของค่าคงที่การสลายตัวจะบ่งชี้ถึงวัสดุและกลไกการปล่อยก๊าซออก ตัวอย่างเช่น:
- α ≈ 1.1-1.2 พื้นผิวโลหะสะอาดเป็นพิเศษ
- α ≈ 1 โลหะ แก้ว และเซรามิก
- α ≈ 0.4-0.8 โพลิเมอร์
- α ≈ 0.5-0.7 พื้นผิวที่มีรูพรุนสูง
- α ≈ 0.5 การไล่ก๊าซออกจากก๊าซจํานวนมากที่ควบคุมด้วยการแพร่กระจาย
ค่าการปล่อยก๊าซออกทั่วไป
ในตารางด้านล่าง เราจะแบ่งปันค่าการปล่อยก๊าซออกทั่วไป โดยที่ t = 1 ชั่วโมง
เครื่องมือ |
เฉลี่ย (mbarls -1cm -2) |
อลูมิเนียม |
3.0 X 10-7 |
เหล็ก |
2.7 X 10-7 |
ทองเหลือง |
1.5 x 10 -6 |
ทองแดง |
2.3 x 10 -8 |
ทอง |
1.1 x 10 -7 |
เหล็กเหนียว |
6.2 x 10 -7 |
เหล็กกล้าไร้สนิม |
1.9 x 10 -7 |
สังกะสี |
2.6 x 10 -7 |
ไทเทเนียม |
1.0 x 10 -8 |
Pyrex |
9.9 x 10 -9 |
นีโอพรีน |
4.0 x 10 -5 |
Viton A |
1.1 x 10 -6 |
PVC |
3.2 x 10 -6 |
PTFE |
1.4 x 10 -6 |
สรุป
การระบายก๊าซออกมักเป็นปัจจัยที่มีผลกระทบมากที่สุดต่อปริมาณก๊าซในระบบ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระดับสุญญากาศปานกลาง) และจํากัดแรงดันสูงสุดที่บรรลุได้ ซึ่งเกิดขึ้นผ่านกระบวนการต่างๆ รวมถึงการระเหย การดูดซับ การแพร่กระจาย และการซึมผ่าน ส่วนสําคัญในการปล่อยแก๊สออกมาจะขึ้นอยู่กับระดับสุญญากาศ แต่ใน HV ส่วนใหญ่มาจากไอน้ํา ในขณะที่ไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่เมื่อทํางานกับโลหะที่ระดับ UHV
มีอัตราการปล่อยก๊าซออกมากมายในเอกสารข้อมูล อย่างไรก็ตาม อัตราเหล่านี้มีความแตกต่างกันอย่างมาก แม้ว่าความผันแปรของอัตราการปล่อยก๊าซออกมาจากก๊าซจะเป็นผลมาจากวิธีการตรวจวัดที่ใช้และการเตรียมตัวอย่าง แต่การพัฒนามาตรฐานสําหรับเทคนิคการตรวจวัดอัตราการปล่อยก๊าซออกมาจะมีประโยชน์
