Диффузия и проницаемость газов в твердых телах
ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ И СТЕНОК ВАУУМНОЙ СИСТЕМЫ
Давление в вакуумной системе при молекулярном режиме течения газа самым существенным образом зависит от газовыделения стенок, ограничивающих вакуумный объем. Поэтому опаределение газовыделения является одной из основных задач при расчете вакуумных систем. Пари расчете газовыделения следует принимать во внимание следующее:
1) газовыделение зависит как от материала, так и от предшествующей технологической обработки и состояния атмосферы, в которой находился материал до помещения его в вакуум;
2) скорость газовыделения пропорциональна истинной поверхности материала;
3) для большинства конструкционных материалов скорость газовыделения возрастает с повышением температуры;
4) скорость газовыделения из материала постепенно уменьшается со временем;
5) с достаточной для инженерных расчетов точностью можно прнинять, что скорость газовыделения при давлениях ниже 
Па и температурах выше 600 K не зависит от давления в вакуумном объеме до тех пор, пока газовыделение материала сравнительно велико.
Газовыделение материала обусловлено как газами, связанными с поверхностью материала, так и газами, находящимися внутри него. Процессы, происходящие при удалениии газов с поверхности и газов, находящихся в материале, существенно различны и описываются отличающимися закономерностями, причем в большинстве случаев удаление газа с поверхности и из глубины материала идет одновременно.
|
|
|
Адсорбция и десорбция газов
Процессы адсорбции и десорбции газов играют важную роль в вакуумной технике, поскольку десорбция газа затрудняет получение низких давлений, а адсорбция газа в ряде случаев, например в вакуумных насосах и ловушках, способствует этому.
В зависимости от характера взаимодействия газа с поверхностью твердого тела различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию).
При физической адсорбции энергия связи молекул газа с поверхностью большинства материалов сравнительно невелика, а характер взаимодействия определяется силами Ван-дер-Ваальса
Процесс хемосорбции подобен образованию химического соединения. Энергия связи при этом может быть значительна выше, чем в случае физической адсорбции, а сам процесс в отличии от физической адсорбции нередко бывает необратим.
Растворимость, газосодержание, диффузия, проницаемость.
Газовыделение с поверхности при повышении температуры сначала растет за счет тепловой десорбции газов, а затем начинает уменьшаться, причем обычно максимум газовыделения приходится на 700-800 К.
|
|
|
При дальнейшем повышении температуры газовыделения вновь увеличиваются, главным образом, за счет выделения газов из толщи материала.
Процессы выделения газа из толщи материалов определяются растворимостью, проницаемостью и диффузией.
Проникновение газа сквозь твердое тело возможно лишь при условии, что газ сначала адсорбируется на поверхности твердого тела и затем растворяется в нем. Проникающие внутрь кристалической решетки молекулы (атомы) окружающего газа, занимают свободные узлы или места между узлами решетки, продолжают принимать участие в тепловом (колебательном) движении молекул (атомов) твердого тела. При достаточно большой амплитуде колебаний молекулы (атомы) растворяющегося газа срываются с занятых им мест и диффундируют на новые места. Перемещаясь таким путем в сторону меньшей концентрации, газ постепенно распространяется по всему объему твердого тела.
При достаточно длительной выдержке концентрация газа в твердом теле становится максимально возможной для данных условий (давления газа и температуры твердого тела). В результате раствор газа в твердом теле становится насыщенным. Этим максимальным газосодержанием и определяется растворимость газа а твердом теле.
|
|
|
Растворимость измеряется количеством газа, растворившегося до насыщения в определенном объеме твердого тела. Единица растворимости 
.
В неметаллах молекулы газа при растворении не диссоциируют на атомы и растворимость при постоянной температуре пропорциональна давлению 
. При растворении в металлах молекулы газа диссоциируют на атомы, в связи с чем, растворимость пропорциональна 
, где 
равно числу атомов в молекуле растворяющегося газа.
Растворимость газа зависит и от температуры
Растворимость газа зависит и от температуры, но однозначной зависимости не существует.
Газосодержание представляет собой растворимость в равновесном состоянии, т.е. в случае, когда материал в течении длительного времени выдерживался в условиях, для которых расчитана растворимость.
Газовыделения всегда меньше газосодержания, так как в подавляющем большинстве случаев приблизительно треть газа выделяется только после расплавления. Учитывая это обстоятельство, с приемлемой точностью можно принимать, что газосодержание материала на 25 – 35 % больше его газовыделения.
Диффузия и проницаемость газов в твердых телах
|
|
|
Механизм процесса диффузии можно представить как процесс растворения газа в материале со стороны высокого давления с последующим выделением газа со стороны низкого давления. Поэтому очевидно, что растворение должно предшествовать диффузии.
Удельным потоком диффузии газа в твердом теле называется количество газа, диффундирующее в единицу времени через единичную площадку в направлениии, перпендикулярном этой площадке.
С явлениями растворения и диффузии газов в твердых телах тесно связана проницаемость твердых тел, т.е. их способность пропускать газ через свою среду.
Адсорбированные, например, на оболочке со стороны высокого давления молеулы, растворяясь в материале оболочки, могут постепенно продиффундировать до противоположной поверхности, граничащей с вакуумом, и, выйдя на эту поверхность, покинуть ее (десорбироваться).
Проницаемость выражается в тех же единицах, что и поток разреженного газа, отнесенный к единице площади поверхности стенки, разделяющей сосуды с разными давлениями.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 54; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!