Gazdan arındırmaya giriş 11 Ocak 2022
4 dakika okuma
Bir sistemin gaz yüküne birçok katkıda bulunur. ~0,1 mbar'ın altındaki basınçlarda çoğunlukla en baskın olanı 'gaz çıkışı'dır.
Gazdan arındırma, önceden adsorbe edilmiş moleküllerin desorpsiyonu, kütle difüzyonu, permeasyon ve buharlaşma sonucudur. Adsorpsiyon, fiziksel emilim ve kimyasal emilim olmak üzere iki ana proses aracılığıyla gerçekleşir ve beş (veya altı) sınıflandırma izotermi kullanılarak tanımlanabilir.
Yüzeylerdeki desorpsiyon oranı, pompalama hızı ve yeniden adsorpsiyon göz önünde bulundurulduğunda, sistemin net gaz çıkışı hesaplanabilir. Bu makalede, yaygın malzemelerin gazdan arındırma süreci ve gazdan arındırma oranları hakkında daha fazla bilgi paylaşıyoruz. Gaz giderme oranının düşürülmesi, daha düşük vakum basınçlarının elde edilmesine olanak tanır.
Gaz yükleri
Şekil 1'de görüldüğü gibi, bir sistemin gaz yüküne katkıları aşağıdakilerden gelebilir:
- Sistemdeki başlangıç veya 'yığın' gaz
- Yükleme kapasitesi
- Geriye dönük
- Sızıntılar
- Havalandırma
Proses yükü olmayan Yüksek Vakumda (HV) sızdırmaz bir sistem için gaz giderme, gaz yükünün %100'üne kadar katkıda bulunabilir.
Şekil 1: Vakum sistemindeki gaz yükleri
Farklı türlerin gaz yüküne göreceli katkısı basınçla değişir. Birçok HV uygulamasında su buharı, gaz giderme açısından en büyük endişe kaynağıdır. Bununla birlikte, tüm metal sistemlerinde UHV'ye ulaşmak için H2 gazdan arındırma kritik önem taşır. Aşağıdaki tabloda çeşitli basınçlarda tipik ana gaz yükleri paylaşılmaktadır.
| Basınç (mbar) | Büyük Gaz Yükü |
| Ortam sıcaklığı | Hava (N2, O2, H2 O, Ar, CO2) |
| 10-3 | Su buharı (%75-95), N2, O2 |
| 10-6 | H2O, CO, CO2, N2 |
| 10-9 | CO, H2 CO2, H2O |
| 10-10 | H2, CO |
| 10-11 | H2, CO |
Gaz gidermeye katkıda bulunan 4 ana mekanizma vardır (aşağıdaki şemada gösterilmiştir):
- Gerçek yüzey malzemesinin kendisinin buharlaşması (metallerde bu, tipik çalışma sıcaklıklarında önemsizdir)
- Desorpsiyon - bu, adsorpsiyonun ters sürecidir; haznenin yüzeylerine ve dahili fikstürlere bağlı moleküllerin salınması
- Difüzyon - bu, moleküllerin malzemenin iç yapısından yüzeye hareketidir
- Permeasyon - bu, moleküllerin dış atmosferden dökme malzemeden vakum yüzeyine hareketidir
Bunların her birinin gaz çıkışını etkileme derecesi, hem gazın hem de yüzey malzemesinin bileşimine (ve geçmişine) bağlıdır. Gazdan arındırma oranları bu katkıların toplamıdır.
Şekil 2: Gaz çıkışına katkıda bulunan mekanizmalar
Gaz giderme oranı denklemini kullanarak hesaplama
Aşağıdaki grafik, gaz giderme oranı denklemini kullanarak gaz yüklerinin nasıl hesaplanacağını göstermektedir.
Bozulma sabitinin değerinin malzeme ve gaz çıkma mekanizması hakkında bir gösterge verdiğini unutmayın. Örnek olarak:
- α ≈ 1,1-1,2 ultra temiz metal yüzeyler
- α ≈ 1 metaller, cam ve seramikler
- α ≈ 0,4-0,8 polimer
- α ≈ 0,5-0,7 yüksek gözenekli yüzeyler
- α ≈ 0,5 difüzyon kontrollü dökümden gaz çıkışı
Tipik gaz giderme değerleri
Aşağıdaki tabloda, t = 1 saat olan tipik gaz giderme değerlerini paylaşıyoruz.
Malzeme |
Orta (mbarls -1cm -2) |
Alüminyum |
3,0 X 10-7 |
Demir |
2,7 X 10-7 |
Pirinç |
1,5 x 10 -6 |
Bakır |
2,3 x 10 -8 |
Altın |
1,1 x 10 -7 |
Yumuşak çelik |
6,2 x 10 -7 |
Paslanmaz Çelik |
1,9 x 10 -7 |
Çinko |
2,6 x 10 -7 |
Titanyum |
1,0 x 1,0 -8 |
Pyrex |
9,9 x 10 -9 |
Neopren |
4,0 x 10 -5 |
Viton A |
1,1 x 10 -6 |
PVC |
3,2 x 10 -6 |
PTFE |
1,4 x 10 -6 |
Özet
Gazdan arındırma genellikle bir sistemin gaz yüküne (özellikle Orta Vakum altında) en büyük katkıda bulunur ve ulaşılabilir nihai basıncı sınırlar. Buharlaşma, desorpsiyon, difüzyon ve permeasyon dahil olmak üzere çeşitli proseslerle gerçekleşir. Gaz gidermeye önemli katkılar vakum seviyesine bağlıdır ancak HV'de esas olarak su buharı kaynaklıdır, hidrojen ise UHV'de metallerle çalışırken en yaygındır.
Literatürde birçok gazdan arındırma oranı mevcuttur, ancak bunlarda önemli farklılıklar vardır. Gazdan arındırma oranlarındaki farklılıklar öncelikle kullanılan ölçüm yöntemine ve numune hazırlamaya atfedilebilirken, oran ölçüm teknikleri için bir standart geliştirmek değerli olacaktır.
