+真空技术中的物理化学现象课件.ppt
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- 关 键 词:
- 真空技术 中的 物理化学 现象 课件
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1、真空物理与技术真空物理与技术第4章 真空技术中的物理化学现象第1页,共52页。第四章真空技术中的物理化学现象第四章真空技术中的物理化学现象l蒸发-凝结l溶解和渗透l吸着l解吸-出气l电子、离子和表面的相互作用第2页,共52页。蒸发和凝结蒸发和凝结第3页,共52页。蒸发蒸发-凝结凝结l真空系统中的蒸汽u真空系统中除了包含气体,还含有蒸汽u蒸汽:在其临界温度以下的一种实有气体u非饱和蒸汽u饱和蒸汽和饱和蒸汽压u蒸发分子数与凝结分子数动态平衡,气态自由分子数恒定第4页,共52页。蒸汽的物理状态蒸汽的物理状态l真空系统中既包含饱和蒸汽,也包含非饱和蒸汽u系统中任何液面都是蒸汽源,只要系统中有液体,可达
2、到的最低压强就是这种液体现有温度下的蒸汽压n室温 H2O 17TorrnHg 1 x 10-3Torru蒸汽受到压缩,压强只能增高到蒸汽压,继续压缩将使其凝结n系统中非饱和蒸汽会在其被压缩的泵或规中凝结(气镇)n麦克劳真空计u降低真空系统任何部分温度,则降低系统中蒸汽的蒸汽压n冷阱,冷挡板,低温泵第5页,共52页。蒸汽压和蒸发率蒸汽压和蒸发率l克劳修斯-克拉帕龙方程(/)()(/)TGLVLT J VVdPdTLT:蒸发潜热J:热功当量(J154.18x107尔格/卡)VG和VL:气体和液体的比容积(密度的倒数)loglogVBPACTT002.3021.9872.3024.575(4.574
3、AALLBIC通常可以忽略)21 2W5.83 10()VMPfTW:蒸发率 g/s.cm2PV:蒸汽压 TorrM:分子量f:粘附系数 一个入射分子停留在表面的几率蒸发率:第6页,共52页。金属蒸汽压金属蒸汽压PV和蒸发率和蒸发率金属AB温度范围()t()W(g/s.cm2)PV(Torr)10-510-410-310-210-11Al11.791.594x10411371195T8829721082120713471547W8.92x10-88.59x10-78.23x10-67.88x10-57.53x10-47.10 x10-3Cu11.961.698x1049691606t94210
4、321142127214271622W1.33x10-71.29x10-61.24x10-51.18x10-41.13x10-31.07x10-2Ag11.851.427x1047211000t757832922103211671337W1.89x10-71.82x10-61.75x10-51.68x10-41.60 x10-31.51x10-2Au11.891.758x104727987t98710821197133215071707W2.31x10-72.26x10-62.14x10-52.05x10-41.94x10-31.84x10-2Zn11.636.54x103239377t208
5、246290342405485W2.15x10-72.07x10-61.99x10-51.90 x10-41.81 x10-31.71x10-2W12.404.068x104t25472757300732973647W1.49x10-71.44x10-61.38x10-51.32x10-41.2610-3第7页,共52页。常见金属蒸汽压常见金属蒸汽压第8页,共52页。普通气体蒸汽压普通气体蒸汽压第9页,共52页。常用清洗液的蒸汽压常用清洗液的蒸汽压1丙酮 2四氯化碳 3三氯乙烯 4乙醇第10页,共52页。常用扩散泵油蒸汽压常用扩散泵油蒸汽压第11页,共52页。低温抽气低温抽气l低温抽气u如果真
6、空系统中某一表面冷却,蒸汽(气体)就会在其表面上凝结,从而降低压强u极限压强决定于凝结表面温度为TV时的蒸汽压PVuLHe情况下,Pu/Pv=8.4 绝大多数气体Pu10-10Torru低温泵抽速 104106L/S第12页,共52页。真空镀膜真空镀膜l真空镀膜u使所需材料蒸发后冷凝在要镀膜的基片上u高真空 u蒸发材料n一定的蒸汽压10-310-2nAu 1300 Pv=10-2Torru蒸发器n蒸汽压要小u厚度控制1 蒸发材料 2 钼舟 3 电极 4 工件5 钟罩 6 真空规 7 扩散泵35 10cmTorrP第13页,共52页。溶解和渗透溶解和渗透第14页,共52页。渗透过程渗透过程l渗透
7、u气体具有通过固体的可能性u某一固体阻挡层没有任何孔大到足以使气体通过时,气体仍可渗入、通过和逸出该阻挡层的过程称为渗透l渗透率u渗透过程中的稳态流率称为渗透系数(渗透率)u标准温度和压强下每秒流过1mm两侧压差为1Torr的固体阻挡层的1cm2截面的气体体积(cm3)第15页,共52页。渗透过程渗透过程l溶解l 亨利定律l扩散uFick第一定律uFick第二定律1 jC=bPC:浓度 293K时溶解于1cm3中的气体量(Torr.cm3)j:溶解常数 双原子分子j=2 非金属气体j=1b:溶解度 293K 1atm 溶解在1cm3中的气体量(量纲根据j不同)1Q=-D(/)dc dx212c
8、cDxt第16页,共52页。渗透常数渗透常数Kl扩散系数与溶解度乘积K=D1bl压差为1atm,透过1cm厚板1cm2截面的气体量(cm3标准温度、压强)第17页,共52页。孔的效应孔的效应l区分真正的渗透和气体流过实孔及出气l孔的效应u壁两侧用粗真空彻底除气u在高真空侧加压,特定气体在低真空侧很快上升孔u用分子量不同的气体实验,上升率符合(T/M)1/2孔第18页,共52页。气体对真空外壳的渗透气体对真空外壳的渗透真空容器:金属、玻璃橡胶壁管对气体来说或多或少可以被渗透,可以是原子性 或分子性的第19页,共52页。气体渗透的主要特点气体渗透的主要特点玻璃 10-7Torr考虑金属半导体聚合物
9、玻璃致密,气体分子量大渗透小He H2 D2 NeAr O2透过SiO2可测透明石英(最快)所有速率直接随压强变化稀有气体不能透过任何金属H2渗透率最高,特别对钯氧渗透Ag通过腐蚀电解等,氢可渗透铁速率随压强平方根变化氦和氢可渗透锗和硅氖和氩不可测氢的速率随压强平方根变化一切气体对所有聚合物均能渗透所有速率随压强变化第20页,共52页。渗透的结果渗透的结果l渗透使气体从高压强一侧迁移到低压强一侧u对极限压强的限制u将一定量的特种气体引入到真空室中n氦检漏 低于10-10漏率 H-Ni O-Ag大气在1mm石英球泡中的积累 25He在各种玻璃泡中的积累 25第21页,共52页。吸着吸着第22页,
10、共52页。吸着现象吸着现象l气体被固体(液体)保留下来叫吸着l吸附和吸收u吸附n气体分子被吸引并附着到一个固体表面的过程n吸附层为一个到几个分子层n物理吸附和化学吸附u吸收n气体以完全类同于溶解于液体的方式进入固体u吸附剂和吸收剂n吸着气体的固体第23页,共52页。吸附能吸附能分子在非活化吸附时的势能激活化学吸附加上物理吸附的势能纯物理吸附:范德瓦尔斯力吸引力较低吸附热HA大于液化热放热化学吸附:吸引力大得多物理吸附激活能化学吸附放热惰性气体不会被化学吸附,很不牢靠地依托在表面上第24页,共52页。分子分解以原子形式吸附分子分解以原子形式吸附激活化学吸附吸热激活化学吸附放热第25页,共52页。
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