Geometrický a skutečný povrch Table 4.6. Ratio of physical (true) surface Av, to geometric (apparent) surface Ag Metal Surface/shape A^lAg Reference Pt Ni Ag AI Cu Steel Stainless steel Mo Ta W Ti 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) Plate (1 mm) Foil Foil Foil Foil 2.2 3.3 1830 75 9.7 46 5.8 > Dushman (1949) 51 37 16 J 6 ^ 900 14 16 8 J > Schram (1963) 173 38 40 15 >- Brennan and Graham (1965) A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 1/41 Geometrický a skutečný povrch Vakuová fyzika 2 2/41 Sorbenty zeolity, molekulová sita - prírodní, umelé (až 1000 m2/g) mikroporézní sklo aktívni uhlí (400 - 1500 m2/g) Vakuová fyzika 2 3 / 41 Vakuová fyzika 2 4/41 Tab. 4.14. Některé důležitější charakteristiky zeolitů a aktivních sorbentů 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 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 průměr kanálku udává max. průměr molekuly, která může přes mol. síto projit plyn krit. prúmér póru [Á] H20 2,7 N2 3,6 o2 3,5 Ar 3,4 Kr 3,6 SF6 5,5 typ mol. sita H20 vzduch Ar/Kr SF6 o 3 A ano ne ne ne 4Á ano ano ano ne 10 Ä ano ano ano ano Využití sorbentů vysušování: léky, přístroje,... vysušování: okna (3 Á) cisteni plynu generátory dusíku Zeolitové vývěvy zeolity, molekulová síta - přírodní, umělé (až 1000 m2/g) typické chlazení pomocí LN2 Přírodní zeolit: CaNa2Al2SÍ40i2.6H20 Vakuová fyzika 2 10 / 41 Fig. 4.25 Sorption of water vapour on charcoal at 0°C, <7H 0 — mg of water vapour, sorbed per gram of charcoal. After Dushman (1949). A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 □ Vakuová fyzika 2 "\ <\ (y 11 / 41 Q. 10 - o, ___ 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 12 / 41 10 ID P (Torr) 10 10 10" Fig. 4.27 Water vapour sorption by molecular sieve 5A. A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 13 / 41 (Po lg1) 10S 10 3 10 f 10'f 10~3 10'11 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 (čárkovaně), 78 K (pinč) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 14 / 41 (Po) 0,01 01 1 10 100 cm*(NTP)/q J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Závislost rovnovážného tlaku na množství adsorbovaného plynu, zeolit 5A při teplotě 77 K e s Obr. 4.108. Zeolitová výveva / - zeolit;2 - přepážky; 3 - přetlakový ventil; 4 - Dewarova nádoba; 5 — síťka; 6 — potrubí k rotační vývěvě; 7 — potrubí k vakuovému systému; ? kowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 a) ^ J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 17/41 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ s Tab. 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 vývěvy (Magiclko, 1970) T Plyn (pára) Zeolitové vývěvy (počet) Zeolitová a olejová 1 *) 3 rotační vývěva CO, 0,5 0,1 0,1 0,2 Ar 0.5 0,1 0,2 0,1 o2 1 1 4 0,6 N2 + CO 0,5 1 1 Ne 58 64 53 57 H20 6 4 7 28 He 28 22 26 0,1 H2 5,5 8 8 13 R..„ (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 Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 21/41 -------------38.1 angle vatve, model AV-150, Sorption pump, model SP-150, • Polystyrene 2 places Dewars katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 22 / 41 katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 23 / 41 katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 24 / 41 orption pump model SP-150 own installed in polystyrene Dewar Pressure relief stopper and chain. Retaining screen prevents! backflow of sorbent material. Support bracket, 3 places Liquid nitrogen, supplied by user. Type 5A synthetic zeolite sorbent material. SP-150 pump, aluminium body and internal fins. Polystyrene Dewar, purchased separately. View A-A limp only katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 25 / 41 Polystyrénový kalíšek - LN2, stěna 20 mm, objem 1,5 L reálné měření, na ose y změna výšky hladiny E E 160 140 ■ 0 Vakuová fyzika 2 [hl 26 / 41 dominantní proces je fyzisorbce dobře čerpá H2O, N2, O2, uhlovodíky špatně čerpá Ne,He,H2,... velký povrch, 1 g ^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 27 / 41 Sublimační vývěvy Princip - opakované vytváření povrchu čistého kovu (naparování, naprašování,...), nejčastěji se používá Ti. Teoreticky mohou pracovat od atmosférického tlaku, prakticky asi od 10~4 Pa. Vakuová fyzika 2 28 / 41 Ti+ 02 —► Ti02 Ti + CO —> TiCO Ti+ C02 —>• TiC02 2 Ti + N2 —> 2 TiN 2 Ti + H20 —> TiO + H2 + Ti —► TiO + TiH2 Ti + H2 <—> TiH2 Vakuová fyzika 2 29 / 41 o) 4 Cj8mm Tť $ OtSmm Ho 4 2 mm W J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Teploty tání: Mo: 2623 °C, Ti: 1668 °C, W: 3422 °C □ S1 Vakuová fyzika 2 30 / 41 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. F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) Vakuová fyzika 2 31 / 41 Tab. 4.17. Čerpací rychlost (měrná) čistého titanového povrchu S Plyn (pára) (ls^cm"2) CO co2 H2 H20 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 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 □ S1 32 / 41 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 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 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 stinéný) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 34 / 41 k difuznt výveve -■—aí 0700— Obr. 4.122. Velká kryogenni sublimační vývěva s čerpací rychlostí 5H, = 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 plnění dusíkem J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 □ ► < S 35 / 41 Table 14.2 Initial Sticking Coefficient and Q,,,^ SorbedforVarions Gases on Titanium Initial Sticking Coefficient Quantity Sorbeď (x 1015 molecules/cm2) Gas (300 K) (78 K) (300 K) (78K) H2 0.06 0.4 8-230* 7-70 D2 0.1 0.2 6-1 ŕ — H20 0.5 — 30 — CO 0.7 0.95 5-23 50-160 N2 0.3 0.7 0.3-12 3-60 02 0.8 1.0 24 — co2 0.5 — 4-24 — He 0 0 Ar 0 0 CH, 0 0.05 Source. Reprinted with permission irom j. vol. oh. '«■»""•■ 13, p. 471, D. J. Harra. Copyright 1976, The American Vacuum Society. ,2 ' For fresh film thickness of 1015 Ti atoms/cm Mturation • TTte quantity of ^-SWK may exceed the number of Ti atoms/cm m through diffusion into the underlying films at 30U k. F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) □ Vakuová fyzika 2 = dominantní proces je chemisorbce dobře čerpá H20, N2, CO, C02, 02 nečerpá inertní plyny např. Ne, Ar,... opakované vytváření čistého povrchu kovu, pracuje od ~ 10~4 Pa získávání vysokého a extrémně vysokého vakua zvětšení účinnosti snížením teploty pohlcujícího povrchu Vakuová fyzika 2 37 / 41 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 38 / 41 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 Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Obr. 4.124. Schéma skleněné iontové sublimační vývěvy C — kolektor (vrstva naprášeného titanu je znázorněna čárkovaně); A — anoda pokrytá vrstvou titanu; K — katoda S fis1) N2l02M2 S(íš1) He;Ar __L H^ - -rzi-*— —___, UZ Ne 10~5 70*4 10'3 10 p (Po) Obr. 4.125. Závislost čerpací rychlosti na tlaku pro různé plyny J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 40 / 41 ^55 Obr. 4.126. Malá skleněná iontová sublimační vývěva K\ K" katody; C - kolektor; A (Ti) -anoda z wolframu ovinutá titanovým vláknem J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 41 / 41