Geometrický a skutečný povrch Table 4.6. Ratio of physical (true) surface Av, to geometric (apparent) surface Ag Ap/Ag Reference Af Cu Steel Stainless steel Mo Ta W Bright foil Bright foil, acid cleaned, flame Platinized Polished, new Polished, old Oxidized and reduced Rolled, new Freshly etched dilute nitric acid Etched, after 20 hr. Finely sandpapered Very thin foil Anodically oxidized (20 [*> Plate (1 mm) Foil Foil Foil Foil 2.2 3.3 1830 - Doshman (1949) 6 ^ 900 - Schram (1963) 173 1 38 - Brennan and Graham (1965) Geometrický a skutečný povrch Sorbenty • zeolity, molekulová síta - přírodní, umělé (až 1000 m2/g) • mikroporézní sklo • aktivní uhlí (400 - 1500 m2/g) Zeolitové vývěvy • zeolity, molekulová síta - přírodní, umělé (až 1000 m2/g) typické chlazení pomocí LN2 • Přírodní zeolit CaNa2AI2Sk012.6H20 200- P(Torr) Fig.4.25 Sorption of water vapour on charcoal at 0°C, G„2o — mg of water vapour, sorbed per gram of charcoal. After Dushman (1949). F6450 5 / 38 Tab. 4.14. Některé důležitější charakteristiky zeolitů a aktivních sorbentů Průměr kanálků (nm) 0.38 0,4 0.5 0,7 0.9 1 1,8 Označeni podle Lindeho 3,8A 4A (NaA) (CaA) mikroporézní sklo 10X (CaX) 13X (nAX) mikroporézní sklo Měrný sorpčni povrch 700 - 800 100 - 200 1 050 100 - 200 Zrnitost granule o průměru 1,3 nebo 3 mm (0,7 kg 1_1) Hustota (gem-3) odplyněný 1,55, vodou nasycený 2,0 Porozita (obj.%) 45 51 průměr kanálku udává max. průměr molekuly, která může přes mol. síto projít □ ► < S ► « l ► « 1 ► -ä -O o. O Fig. 4.27 Water vapour sorption by molecular sieve 5A. F6450 8 / 38 10 "ô- S 8 0 § 7 OJ í 6 1 5 I 2 f \ \a v v \ \ \ -200 -100 t f C) Obr. 4.105. Množství plynu (CO, O,, N, a Ar) adsorbovaného na /eolilu typu 4A při tlaku 9t) kPa v závislosti na teploto (podle í-speho. 1965 a Thomase a Masseye. (Po íg'1) 10 ' W* 10' 10' 10' * s // 1/ —- - -a 10'11 10'2 10° p(Pa) Obr. 4.106. Závislost množství plynu adsorbovaného na zeolilu typu 5A na pracovním tlaku p (podle Turnéra a l-cmlcba, 293 K (čárkované), 7S K (pinč) 4 □ ► 4 S ► Tab. 4.15. Parciální tlaky plynů a par (v procentech celkového tlaku) při čerpání jednou, dvěma a třemi zcolitovými vývevami a systémem dvou zeolitových vývěv a olejové rotační vývěvy (Magiclko, 1970) Plyn (pára) Zeolitové vývěvy (počet) 1 Zeolitová a olejová rotační vývěva CO, Ar o2 N2 + CO Ne H,0 He H, 0.5 0.5 1 0,5 58 6 28 5.5 0,1 0.1 1 1 64 4 V) 0,1 0.2 4 2 53 7 26 0,2 0,1 0,6 1 57 28 0,1 13 1,4 3,7. 10" 9,3. 10- 5,3. 10- Náplň každé zeolitové vývěvy byla tvořena 450 g zeolitu 5A. Tento zeolit dobře čerpá různé plyny, zejména vodní páru, dusík, kyslík a kysličník uhličitý, méně čerpá argon; neon, helium, vodik nečerpá vůbec, takže jejich tlak zůstává v systému po čerpání týž jako v atmosféře F6450 16 / 38 Sorption pump, model SP-150, 2 places Polystyrene Dewars <(5 ► < -E ► 4 F6450 20 / 38 • dominantní proces je fyzisorbce • dobře čerpá H2O, A/2,02, uhlovodíky • špatně čerpá Ne, He, H2,... • velký povrch, lg ~ 1000 m2, pracuje od ~ 105 Pa • dutiny a kanálky ~ 1 n m • dá se regenerovat při vysoké teplotě • zvětšení účinnosti snížením teploty zeolitu (tekutý dusík 77 K) • žádné vibrace F6450 22 / 38 Sublimační vývěvy Princip - opakované vytváření povrchu čistého kovu (naparován naprašování,...), nejčastěji se používá Ti. Teoreticky mohou pracovat od atmosférického tlaku, prakticky asi od 10~4Pa. 2 Ti + H20 Ti + 02 Ti + CO Ti+ C02 2 Ti + N2 Ti02 TiCO T1CO2 2 TiN -> TiO + H2 + Ti — Ti + H2 i—> TiH2 TiO + TiH2 o) Teploty tání: Mo - 2623 °C, Ti - 1668 °C, W - 3422 Fig. 14.2 Room-temperature sorption characteristics for pure gases on batch evaporated clean titanium films. Reprinted with permission from Vacuum, 25, p. 362, A. K. Gupta and y H. Leek. Copyright 1975, Pergamon Press, Ltd. Tab. 4.17. Čerpací rychlost (merná) čistého titanového povrchu s Plyn (pára) (ls-'cm"2) CO co2 H2 H,0 N, o. Ar, He, CH4 pfi 20 °C 6 5 3 3 2,5 1.5 0 při -196 °C 11 10 6 15 6 6 0 V' v'e ro~* to1 p (Po) Obr. 4.118. Čerpací charakteristiky sublimačních vývěv pro dusík při teplote 293 K a pro různé hodnoty proudu sublimačního elementu titanu: čárkované vývěva s čerpací rychlosti 7001 s 1. plně vývěva s čerpací rychlostí 50 1 s 1 Tab. 4.18. Prodleva při rozprašování titanu 90sekundovými pulsy v sublimační vývěvě v závislosti na tlaku p (Pa) 10 3 10"4 10"5 10"6 10"7 10"8 10"8 Prodleva 0 5 min 15 min 30 min lh 8h 24h Time is) Rg. 14.4 Typical pressure rise due to decrease in pumping speed as a titanium film saturates. Reprinted with permission from General Characteristics of Titanium Sublimation Pumps, B. E. Kehzmaim, 1965, Varian Associates, 611 Hansen Way, Palo Aho, CA 94303 Obr. 4.120. Sublimační vývěva í - zdroj titanových par (sublimační element); 2 — plášť vývčvy chlazený vodou; 3 - zdroj plynu; 4 ~ stínění; 5 - potrubí k difúzni vývčvč Čerpající netečné plyny; 6 - ionizační vakuometr (částečné stíněný) / 38 vstup Obr. 4.122. Velká kryogenní sublimační vývěva s čerpací rychlostí SHl = 150 000 ls"1 (podle Prévota a Sledziewského, 1964) / — plášť: 2 — chlazení kapalným dusíkem; i — stínění pro tepelnou izolaci; 4 — zdroj par titanu; 5 — přívod proudu; 6 — otvor pro plnení dusíkem F6450 32 / 38 Sorbed for Various Gases on Titaniam * Initial Sticking Quantity Sorbed" Coefficient (x 10'5 molecules/cm2) Gas (300 K) (78 K) (300 K) (78K) H2 0.06 0.4 8-230* 7-70 D2 0.1 0.2 6-11* H20 0.5 — 30 _ CO 0.7 0.95 5-23 50-160 N2 0.3 0.7 0.3-12 3-60 o2 0.8 1.0 24 — C02 0.5 — 4-24 — He 0 0 Ar 0 0 CR, 0 0.05 Source. Reprinted with permission rrom j. rac. « '™,™„ 13, p. 471, D. J. Harra. Copyright 1976, The American Vacuum Society. „ , 2 " For ftesh film thickness of 10" Ti atoms/cm . ... b The quantity of hydrogen or deutenum f^£tfZ may exceed the number of Ti atoms/cm2 in the fresh film through diffusion into the underlying films at Juu k. F6450 33 / 38 • dominantní proces je chemisorbce • dobře čerpá H2, H20, N2, CO, C02, 02 • nečerpá inertní plyny např. Ne,Ar,... • opakované vytváření čistého povrchu kovu, pracuje od ~ 10~4Pa • získávání vysokého a extrémně vysokého vakua • zvětšení účinnosti snížením teploty pohlcujícího povrchu F6450 34 / 38 Iontové vývěvy Iontově sublimační vývěvy ionizace plynu - čerpá i inertní plyny, rozprašování Ti ZZZ3 Obr. 4.123. Iontová sublimační vývěva i — cívka s titanovým drátem; 2 — trubička; 3 - tyglíková anoda; K - katoda; S - mřížka; A — přivod anody \K. Ua U. (O Obr. 4.124. Schéma skleněné iontové sublimační vývěvy C — kolektor (vrstva naprášeného titanu je znázorněna čárkovaně); A — anoda pokrytá vrstvou titanu; K — katoda 10 Hi ■—__ ~ T-- Ar N2 ---„ He S(ls') Ne, Ar 0,2 0,1 °10'5 )0"4 10'} 1o' p(Po) Obr. 4.125. Závislost čerpací rychlosti na tlaku pro různé plyny F6450 37 / 38 K' Aírií K" Obr. 4.126. Malá sklenená iontová sublimační vývěva K', K" katody; C - kolektor; A (Ti) anoda z wolframu ovinutá titanovým vláknem