Geometrický a skutečný povrch Table 4.6. Ratio of physical (true) surface Av, to geometric (apparent) surface Ag Metal Surface/shape AplAg Reference Pt Bright foil 2.2 Bright foil, acid cleaned, name 3.3 Platinized 1830 Ni Polished, new 75 Polished, old 9.7 Oxidized and reduced 46 Rolled, new 5.8 Ag Freshly etched dilute nitric acid 51 Etched, after 20 hr. 37 Finely sandpapered 16 AI Very thin foil 6 Anodically oxidized (20 !*) 900 Cu Plate (1 mm) 14 Steel — 16 Stainless steel Plate (1 mm) 8 Mo Foil 173 Ta Foil 38 W Foil 40 Ti Foil 15 > Dushman (1949) > Schräm (1963) y Brennan and Graham (1965) 1A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 1/39 Geometrický a skutečný povrch Vakuová fyzika 2 4 □ ► 4 ► 4 2/39 Sorbenty zeolity, molekulová síta - přírodní, umělé (až 1000 m mikroporézní sklo aktivní uhlí (400 - 1500 m2/g) 4 □ ► 4 ► Zeolitové vývěvy zeolity, molekulová síta - přírodní, umělé (až 1000 m typické chlazení pomocí LN2 Přírodní zeolit CaNa2Al2SU012.6H20 4 □ ► < ► 200-- P(Torr) Fig. 4.25 Sorption of water vapour on charcoal at 0°C, GH 0 ~m& of water vapour, sorbed per gram of charcoal. After Dushman (1949). !A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 < □ ► < Ö1 ► < = > 4 š ► Vakuová fyzika 2 6/39 Q. 10 - j—i, ■ i i 111 o, J%___ 1 2 5 10 5 io2 2 t (min) • io4 Fig.4.26 Pressure against time curves on pumping H2, N2, 02 by a liquid air cooled charcoal trap. After Espe (1955). !A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 7/39 Tab. 4.14. Některé důležitější charakteristiky zeolitů a aktivních sorbentú Průměr kanálků (nm) 0.38 0,4 0.5 0,7 0,9 l 1,8 Označení podle Lindeho 3,8 A 4A 5 mikroporézní 10X 13X mikroporézní (NaA) (CaA) sklo (CaX) (nAX) sklo Měrný sorpční povrch 700-800 100 - 200 1 050 100-200 Zrnitost granule o průměru 1,5 nebo 3 mm (0,7 kg l-1) Hustota (gem"3) odplyněný 1,55, vodou nasycený 2,0 Porozita (obj.%) 45 51 4 průměr kanálku udává max. průměr molekuly, která může přes mol. síto projít 4J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 < l ► < l ► P (Torr) Fig, 4.27 Water vapour sorption by molecular sieve 5A. 'A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 9/39 tec) Obr. 4.105. Množství plynu (CO, O,, N, a Ar) adsorbovaného na zeolitu typu 4A při tlaku 90 kPa v závislosti na teplotě (podle Fspeho, 1965 a Thomase a Masseye, 1961) 6_ 6J. Groszkowski: Technika vysokého vakua. SNTL. Praha1 198? (Po tg1) 10 5 10 3 10 f 10'f 10~3 10'k 10~2 10° 102 10k pí Po) Obr. 4.106. Závislost množství plynu adsorbovaného na zeolitu typu 5A na pracovním tlaku p (podle Turnéra a Feinleba, 1961): 293 K (čárkované)* 78 K (pinč) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984« > (Po) 10° 10 -t 10 -2 10 -3 opi OJ 1 10 100 cm3(NTP)/q 8 Závislost rovnovážného tlaku na množství adsorbovaného plynu, zeolit 5A při teplotě 77 K_ J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 12/39 ô ô Obr. 4.108. Zeolitová výveva / - zeolit;2 - přepážky; 5 - přetlakový ventil; 4 - Dewarova nádoba; 5 — sitka; 6 — potrubí k rotační výveve; 7 — potrubí k vakuovému systému; ti — ventily; 9 — hrdlo vývevy z materiálu s malou tepelnou vodivostí (např. z nerezavějící oceli) s 9_ 9J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 13 / 39 Vakuová fyzika 2 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984i ■ Vakuová fyzika 2 14 / 39 kowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Tah. 4.15. Parciální tlaky plynu a par (v procentech celkového tlaku) při čerpání jednou, dvěma a třemi zcolitovými vývevami a systémem dvou zeolitových vývěv a olejové rotační vývevy (Magici k o, 1970) T Plyn (pára) Zeolitové vývěvy (počet) Zeolitová a olejová rotační vývěva 1 3 co2 0,5 0,1 0,L 0,2 Ar 0,5 0,1 0,2 0,1 o2 1 4 0,6 N2 + CO 0,5 1 j- 1 Ne 58 64 53 57 H20 6 4 7 28 He 28 22 26 0,1 H2 5,5 8 8 13 P,., (Pa) 1,4 3,7. 10" 1 9,3. 10"2 5,3.10"2 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, vodík nečerpá vůbec, takže jejich tlak zůstává v systému po čerpání týž jako v atmosféře 12 12 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 < = > 4 = ► Vakuová fyzika 2 t—120—J 13 13 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 ► 4 = ► 4 = ► Vakuová fyzika 2 17 / 39 14_ 14J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984« > Vakuová fyzika 2 18 / 39 Sorption pump, model SP-150. 2 places Polystyrene Dewars 15 15 katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 < □ ► 4 S1 ► 4 -Š ► 4 1 ► «0 c\o 19 / 39 16 katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 < □ ► 20 / 39 17 17 katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 < □ ► 21 / 39 Sorption pump model SP-150 Shown installed in polystyrene Dewar Pressure relief stopper and chain. Retaining screen preventsl backflow of sorbent material. Support bracket. 3 places 18 18 katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 22 / 39 dominantní proces je fyzisorbce dobře čerpá A/2, O2, uhlovodíky špatně čerpá A/e, /-/e, H2, ••• velký povrch, lg ~ 1000 m2, pracuje od ~ 105 Pa dutiny a kanálky ~ 1 nm dá se regenerovat při vysoké teplotě zvětšení účinnosti snížením teploty zeolitu (tekutý dusík 77 K) žádné vibrace Vakuová fyzika 2 23 / 39 Sublimační vývěvy Princip - opakované vytváření povrchu čistého kovu (naparování, naprašování,...), nejčastěji se používá Ti. Teoreticky mohou pracovat od atmosférického tlaku, prakticky asi od 10~4Pa. Vakuová fyzika 2 24 / 39 Ti+ 02 —> Ti02 Ti+CO —> TiCO Ti+ C02 —> T1CO2 2Ti + N2 —> 2 Ti N 2Ti + H20 —► TiO + H2+ Ti —> TiO + TiH2 Ti + H2 <—> TiH2 Vakuová fyzika 2 25 / 39 o) 19Teploty tání: Mo - 2623 °C, Ti - 1668 °C, W - 3422 °C J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984" Vakuová fyzika 2 _26/ I.OfHfJstt 0.001 1013 1014 10,D 10 Coverage (Molecules/cm2) 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 J. H. Leek. Copyright 1975, Pergamon Press, Ltd. .14 15 20 20 F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) Vakuová fyzika 2 27 / 39 Tab. 4.17. Čerpací rychlost (měrná) čistého titanového povrchu S Plyn (pára) (Is-1 cm"2) CO co2 H2 H,0 N, °i Ar, He, CH4 při 20 °C 6 5 3 3 2,5 1,5 0 pn -196 °C 11 10 6 15 6 6 0 21 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984 Vakuová fyzika 2 28 / 39 S, (li1) Obr, 4.118. Čerpací charakteristiky sublimačních vývěv pro dusík při teplotě 293 K a pro různé hodnoty proudu sublimačního elementu titanu: čárkované vývěva s čerpací rychlosti 7001 s~ \ plné vývěva s čerpací rychlostí 501 s"1 P (Po) 22 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 29 / 39 Tab. 4.18. Prodleva při rozprašování titanu 90sekundovými pulsy v sublimační vývěvě v závislosti na tlaku P (Pa) 10 3 1CT4 10"5 1(T6 10'7 10"8 10~8 Prodleva 0 5 min 15 min 30 min lh 8h 24h 23 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 30 / 39 101 102 103 104 105 106 Time (s) Fig. 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. Keitzmann, 1965, Varian Associates, 611 Hansen Way, Palo Alto, CA 94303 24 24 F.OH anion: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) ► « = ► Vakuová fyzika 2 5 "O Q, O 31 / 39 Obr. 4.120. Sublimační vývěva 1 — zdroj titanových par (sublimační element); 2 — plášť vývěvy chlazený vodou; 3 - zdroj plynu; 4 - stínéní; 5 - potrubí k difúzni vývévé čerpající netečné plyny; 6 - ionizační vakuometr (částečné stíněný) 25 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 vslup k difúzni vyvevo. -—&700— Obr. 4.122. Velká kryogenní sublimační vývěva s čerpací rychlostí SH, = 150 0001 s-1 (podle Prévota a Sledziewského, 1964) l — plášť; 2 — chlazení kapalným dusíkem; 3 — stínění pro tepelnou izolaci; 4 — zdroj par titanu; 5 — přívod proudu; 6 — otvor pro plnéní dusíkem 26 26 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1984 Vakuová fyzika 2 33 / 39 Table 14.2 Initial Sticking Coefficient and Quantity Sorbedfbr Various Gases on Titanium Initial Sticking Coefficient Quantity Sorbeď (xlO15 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 — co2 0.5 — 4-24 — He 0 0 Ar 0 0 CH4 0 0.05 source. Kepnmea wnn pemnssiun «vmi * — ™ 13, p. 471, D. J. Harra. Copyright 1976, The Amencan Vacuum Society. 2 a For fresh film thickness of 1015 Ti atoms/cm . ' The quantity of M*ord«^ may exceed the number of Ti atoms/cm m me ire through diffusion into the underlying films at 30u k. 27 27 F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) Vakuová fyzika 2 34 / 39 dominantní proces je chemisorbce dobře čerpá H2, H20, A/2, CO, C02, 02 nečerpá inertní plyny napr. A/e,,4r,... opakované vytváření čistého povrchu kovu, pracuje od ~ 10~4Pa získávání vysokého a extrémně vysokého vakua zvětšení účinnosti snížením teploty pohlcujícího povrchu Vakuová fyzika 2 35 / 39 Iontové vývěvy Iontové vývěvy se žhavenou katodou Iontové vývěvy se studenou katodou vrstva s čistým povrchem (Ti, Ta), ionizace plynu - čerpá i inertní plyny, ale s malou čerpací rychlostí Vakuová fyzika 2 36 / 39 Iontové vývěvy se žhavenou katodou Obr. 4.123. Iontová sublimační vývěva 1 - cívka s titanovým drátem; 2 — trubička; 3 — tyglíková anoda; K — katoda; S — mřížka; A — přívod anody 28 28 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 198i4i > Vakuová fyzika 2 37 / 39 Obr. 4.124. Schéma skleněné iontové sublimační vývěvy C — kolektor (vrstva naprášeného titanu je znázorněna čárkovaně); A — anoda pokrytá vrstvou titanu; K — katoda Sfls1) N2-02.N2 10 $(lé1) He;Ar 8 6 2 0 - Aŕ N, ^—-"" Ne 0,2 0,1 10 -5 70-4 10S IQ' p (Po) Obr. 4.125. Závislost čerpací rychlosti na tlaku pro různé plyny 29 29 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 19841 ■ Vakuová fyzika 2 38 / 39 ^55 Obr. 4.126. Malá skleněná iontová sublimační vývěva K\ K" katody; C - kolektor; A (Ti) -anoda z wolframu ovinutá titanovým vláknem 30 30J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 198i Vakuová fyzika 2 5 ^) c\ o 39 / 39