العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها في اختيار مواد التفريغ

نفاذية الغاز

تسمى العملية التي يخترق بها الغاز طبقة حاجزة صلبة وينتشر ويمر عبرها ويفيض من جانب كثيف إلى جانب كثيف بالتسلل.

تعتمد النفاذية على نوع الغاز والمادة. بالنسبة للمعادن، يكون معامل نفاذية الغاز لبعض المعادن (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والنحاس والألومنيوم والموليبدينوم وغيرها) صغيرًا جدًا ويمكن تجاهله في معظم التطبيقات العملية، في حين أن الهيدروجين له نفاذية عالية لبعض المعادن مثل الحديد والنيكل وغيرها. وتزداد نفاذية الهيدروجين للصلب مع زيادة محتوى الكربون، لذلك من الأفضل اختيار الفولاذ منخفض الكربون كمادة لغرفة التفريغ. بالإضافة إلى ذلك، فإن بعض المعادن لديها نفاذية انتقائية للغازات، مثل الهيدروجين من السهل جدًا أن يتخلل البلاديوم، والأكسجين من السهل صب الفضة وما إلى ذلك. يمكن استخدام هذه الخاصية لتنقية الغازات والكشف عن تسرب الفراغ.

وعادة ما يتم تغلغل الغاز في الزجاج والسيراميك في شكل حالة جزيئية، وترتبط عملية التخلل بقطر جزيئات الغاز وحجم المسام الدقيقة داخل المادة. يبلغ قطر المسام الدقيقة لزجاج الكوارتز الذي يحتوي على السيليكا النقية حوالي 0.4 نانومتر، ويقل قطر المسام الفعالة للزجاج الآخر لأن أيونات الفلزات القلوية (البوتاسيوم والصوديوم والباريوم وغيرها) تمتلئ في المسام الدقيقة، وبالتالي تكون الغازات أكثر نفاذية لزجاج الكوارتز وأقل نفاذية للزجاج الآخر. ونظرًا لأن قطر جزيئات الهيليوم هو الأصغر بين جميع أنواع الجزيئات، فإن نفاذية الهيليوم في زجاج الكوارتز هي الأكبر بين أزواج الغازات الصلبة.

عادةً ما يتم نفاذ الغازات إلى المواد العضوية (مثل المطاط والبلاستيك) في الحالة الجزيئية. وبسبب المسام الأكبر للمواد العضوية، تكون نفاذية الغاز إلى المواد العضوية أكبر بكثير من نفاذية الغاز إلى المواد العضوية مقارنة بالزجاج والمعادن.

خاصية تفريغ الغازات من المواد

يمكن لأي مادة صلبة أن تذوب وتمتص بعض الغازات في عملية التصنيع وفي الغلاف الجوي. عندما توضع المادة في الفراغ، يتم تدمير التوازن الديناميكي الأصلي، وتطلق المادة الهواء بسبب الذوبان والامتصاص. الوحدة الشائعة الاستخدام لمعدل غاز العادم هي Pa * L/(s * cm2). وعادةً ما يكون معدل التفريغ موجبًا مع محتوى الغاز ودرجة الحرارة في المادة، ووحدة إخراج الغاز الكلي: يمكن استخدام Pa * L/سم2 عندما يؤخذ محتوى الحجم في الاعتبار.

التفريغ في درجة حرارة الغرفة

تتكون معظم المواد العضوية بشكل أساسي من بخار الماء، والتي تتميز بمعدل التخلي العالي والتوهين البطيء مع مرور الوقت. ولذلك، فهي غير مناسبة بشكل عام للأجزاء الداخلية لحاويات التفريغ. يأتي إطلاق الهواء في درجة الحرارة العادية من الزجاج والسيراميك من السطح بشكل أساسي، ومكون إطلاق الهواء الرئيسي هو بخار الماء، يليه ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. بعد الخبز والتسخين، يمكن إزالة بخار الماء الموجود في طبقة الأكسدة على سطح الزجاج بشكل أساسي، ويمكن تقليل معدل إطلاق الهواء في درجة حرارة الغرفة بشكل كبير.

تفريغ الغاز في درجة حرارة عالية

غالبًا ما تكون بعض المواد الهيكلية، مثل أقطاب الموليبدينوم، وأهداف التنتالوم ، ومصادر تبخير البورون ، وأجهزة التسخين ، وغيرها من المعدات، في حالة درجة حرارة عالية في عملية نظام التفريغ. ويُعتقد بشكل عام أن زفير المواد في درجات الحرارة العالية يتحدد بشكل أساسي من خلال عملية الانتشار في الجسم، ولا تمثل كمية الغاز الممتص على السطح سوى جزء صغير من إجمالي الزفير. وبالإضافة إلى تسريع عملية الانتشار، لا يختلف تفريغ الزجاج والسيراميك والميكا في درجات الحرارة العالية عن تفريغ الغاز في درجة حرارة الغرفة اختلافًا جوهريًا. ومع ذلك، يختلف الغاز المنتشر من جسم المعدن ذي درجة الحرارة العالية عن الغاز المنتشر من جسم المعدن ذي درجة الحرارة العالية. نظرًا لأن الغاز الذائب في المعدن يكون ذريًا، فإن الغاز الجزيئي المنبعث في الفراغ عادةً ما يتكون من التفاعل السطحي. يتم التحكم في بعض المعادن (مثل النيكل والحديد) بشكل أساسي عن طريق انتشار الأكسجين في الجسم. لذلك، يمكن أن تقلل إزالة الكربون من المعادن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون.

الزجاج، الطبقة السطحية المعدنية هي أيضًا مصدر مهم للغاز عالي الحرارة، لذا فإن استخدام مجموعة متنوعة من عمليات المعالجة السطحية، مثل التنظيف الكيميائي، وإزالة الشحوم بالبخار العضوي، والتلميع، والتآكل، وأكسدة الخبز في الغلاف الجوي، يمكن أن يقلل بشكل كبير من غاز المادة. وبالإضافة إلى ذلك، لا يرتبط معدل تفريغ المواد بالغازات ليس فقط بوقت التفريغ الذي تمر به المادة، ولكن أيضًا يرتبط بشكل كبير بطريقة المعالجة المسبقة للسطح وحالة سطح المادة. على سبيل المثال، عند تنظيف السطح بمذيب عضوي لإزالة الشحوم، لا يمكن إزالة تلوث طبقة جزيئية واحدة على السطح ولا يمكن إزالته إلا عن طريق الخبز في التفريغ.

ضغط البخار ومعدل تبخر المادة

في تقنية التفريغ، يعد ضغط البخار ومعدل تبخر (تسامي) المواد من المعلمات المهمة. على سبيل المثال، يمكن أن يكون ضغط البخار المشبع لشحوم التفريغ والخيوط الساخنة المنظمة بالتفريغ هو أصل الحد من درجة التفريغ؛ معدل التسامي لمواد الطلاء بالتفريغ والمُستحصل هو معلمة يجب أخذها في الاعتبار عند تصميم معدات الطلاء بالتفريغ ومضخة المستحصل؛ ضغط البخار المشبع للغاز المسال المبرد هو معلمة تتعلق بالضغط الحدّي لمضخة التكثيف المبرد.

من الواضح أن المواد ذات ضغط البخار المرتفع في نطاق درجة حرارة التشغيل لنظام التفريغ لا يمكن استخدامها. في نطاق درجة حرارة التشغيل، يجب أن يكون ضغط البخار المشبع لجميع المواد التي تواجه التفريغ منخفضًا بما فيه الكفاية، ويجب ألا يفشل نظام التفريغ في الوصول إلى درجة التفريغ العاملة المطلوبة بسبب ضغط البخار الخاص به أو خصائص غاز العادم. على الرغم من أن ضغط بخار بعض المواد في درجة حرارة الغرفة منخفض أو غير محسوس في بعض الأحيان، إلا أن ضغط البخار يمكن أن يرتفع في النهاية إلى القيمة المقاسة مع زيادة درجة الحرارة.