Giới thiệu về khử khí Ngày 11 tháng 1 năm 2022
4 phút đọc
Có một số góp phần vào tải khí của hệ thống. Ở áp suất dưới ~0,1 mbar, áp suất phổ biến nhất thường là 'ra khí'.
Sự thoát khí là kết quả của việc khử hấp thụ các phân tử đã hấp thụ trước đó, khuếch tán khối lượng lớn, thẩm thấu và bay hơi. Sự hấp thụ xảy ra thông qua hai quy trình chính, hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học, và có thể được mô tả bằng cách sử dụng năm (hoặc sáu) đẳng nhiệt phân loại.
Nhìn vào tốc độ khử hấp thụ, tốc độ bơm và hấp thụ lại trên bề mặt, có thể tính toán lượng khí thải ròng của hệ thống. Trong bài viết này, chúng tôi chia sẻ thêm về quy trình thoát khí và tỷ lệ thoát khí của các vật liệu phổ biến. Việc giảm tốc độ thoát khí cho phép đạt được áp suất chân không thấp hơn.
Tải trọng khí
Như được thể hiện trong Sơ đồ 1, các đóng góp cho tải khí của hệ thống có thể đến từ:
- Khí ban đầu hoặc khí 'số lượng lớn' trong hệ thống
- Tải trọng quy trình
- Phản hồi lại
- Rò rỉ
- Hệ thống xả
Đối với một hệ thống rò rỉ trong chân không cao (HV) không có tải quy trình, khử khí có thể góp phần lên đến 100% tải khí.
Hình 1: Tải khí trong hệ thống chân không
Góp phần tương đối của các loài khác nhau vào tải khí thay đổi theo áp suất. Đối với nhiều ứng dụng điện áp cao, hơi nước là mối quan ngại lớn về khí thải. Tuy nhiên, để đạt được UHV trong tất cả các hệ thống kim loại, việc thoát khí H2 là rất quan trọng. Bảng dưới đây chia sẻ các tải khí lớn điển hình ở các áp suất khác nhau.
| Áp suất (mbar) | Tải trọng khí lớn |
| Môi trường | Không khí (N2, O2, H2 O, Ar, CO2) |
| 10-3 | Hơi nước (75-95%), N2, O2 |
| 10-6 | H2O, CO, CO2, N2 |
| 10-9 | CO, H2 CO2, H2O |
| 10-10 | H2, CO |
| 10-11 | H2, CO |
Có 4 cơ chế chính góp phần vào việc thoát khí (được thể hiện trong sơ đồ dưới đây):
- Sự bay hơi của chính vật liệu bề mặt thực tế (đối với kim loại, điều này là không đáng kể ở nhiệt độ vận hành điển hình)
- Khử hấp thụ - đây là quá trình hấp thụ ngược lại; giải phóng các phân tử liên kết với bề mặt của buồng và các thiết bị bên trong
- Sự khuếch tán - đây là chuyển động của các phân tử từ cấu trúc bên trong của vật liệu đến bề mặt
- Thẩm thấu - đây là chuyển động của các phân tử từ khí quyển bên ngoài qua khối lượng lớn đến bề mặt chân không
Mức độ mà mỗi chất này ảnh hưởng đến quá trình thoát khí phụ thuộc vào thành phần của cả khí và vật liệu bề mặt (và lịch sử của nó). Tỷ lệ thoát khí là tổng của những đóng góp này.
Sơ đồ 2: các cơ chế góp phần vào việc thoát khí
Tính toán bằng phương trình tốc độ thoát khí
Biểu đồ dưới đây cho thấy cách tính toán tải khí bằng phương trình tốc độ thoát khí.
Lưu ý rằng giá trị hằng số phân hủy cho biết vật liệu và cơ chế thoát khí. Các ví dụ bao gồm:
- α ≈ 1,1-1,2 bề mặt kim loại siêu sạch
- α ≈ 1 kim loại, kính và gốm sứ
- Polyme α ≈ 0,4-0,8
- α ≈ 0,5-0,7 bề mặt xốp cao
- α ≈ 0,5 khử khí kiểm soát khuếch tán từ khối lượng lớn
Giá trị khử khí điển hình
Trong bảng dưới đây, chúng tôi chia sẻ các giá trị thoát khí điển hình, trong đó t = 1 giờ.
Vật liệu chế tạo |
Trung bình (mbarls -1cm -2) |
Nhôm |
3,0 X 10-7 |
Sắt |
2,7 X 10-7 |
Đồng thau |
1,5 x 10 -6 |
Đồng |
2,3 x 10 -8 |
Vàng |
1,1 x 10 -7 |
Thép không gỉ |
6,2 x 10 -7 |
Thép không gỉ |
1,9 x 10 -7 |
Kẽm |
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 |
Tóm tắt
Khử khí thường là yếu tố đóng góp lớn nhất cho tải khí của hệ thống (đặc biệt là dưới chân không trung bình) và giới hạn áp suất cuối có thể đạt được. Nó xảy ra thông qua một số quy trình bao gồm bốc hơi, khử hấp thụ, khuếch tán và thẩm thấu. Những đóng góp chính cho quá trình thoát khí phụ thuộc vào mức chân không nhưng ở HV, nó chủ yếu xuất phát từ hơi nước, trong khi hydro là loại phổ biến nhất khi làm việc với kim loại ở UHV.
Có nhiều tốc độ thoát khí có sẵn trong tài liệu, tuy nhiên có sự khác biệt đáng kể trong các tốc độ này. Mặc dù sự thay đổi về tốc độ thoát khí chủ yếu có thể là do phương pháp đo được sử dụng và chuẩn bị mẫu; việc phát triển một tiêu chuẩn cho các kỹ thuật đo tốc độ sẽ có giá trị.
