Difúze plynů v pevných látkách plyn difunduje v pevné látce z oblasti s vyšší koncentrací do oblasti s nižší koncentrací difúzni proud h = —Dgrad nr = —D- ,dnr dx D = Doexp (-§^ Had - aktivační teplo difúze, Ts - teplota pevné látky □ S1 He v taveném křemenu Ts 300-500 K 600-1300 K Had [kJmol-1] -Do [cm2s_1] 13.1 3.10"4 15.5 7.10"4 Plyn sklo obsah sklotvorných složek [%] Had [kJmol"1] He křemen 100 12.7-13.4 vycor 99 11.7-14.1 pyrex 94 14.5-16.4 duran 92 15 H2 křemen 100 21.1-28.1 duran 92 32 N2 křemen 100 51.6 - 70.3 o2 křemen 100 70.3 2/19 D (cm é 2000 1000 800 600 500 400 350 300 275 250 TAK) Obr. 3.20. Závislost koeficientu difúze D na teplotě (podle údajů autorů uvedených v textu k obr. 3.19 a Day tona, 1960) Plyny v kovech: 1 - H2 - W; 2 - H2 - Mo; 3 - H2 - Pd; 4 - H2 -> Ni; 5 - H2 - Cu; 6 - 02 - Ni; 7 - H2 -» Fe; S - 02 -♦ Ti; 9 - H2 -+ Fe; 70 - 02 -+ Cu. P/yny ve sklech: 77 - H2 -+ Si02; 72 - H2 -+ sklo 12; /i - H2 - sklo 13; 14 -H2 -+ sklo 14; 75 - H2 -+ sklo 15; 76 - H2 - sklo 16 (vycor); 77 - He - sklo 17 (p>rcx 7740). Čísla skel a jejich složení je uvedeno v textu k obr. 3.19 □ g F6450 Pronikání plynů stěnou Proud plynu přes stěnu závisí na koef. difúze, koef. rozpustnosti a tlacích na obou stranách stěny. h = —Dgrad nr = —D—^- dx plocha 1 cm2, tloušťka L, tlaky Pi,P2',P2 > P\ I\dx = —Ddnr I\ / dx = I\L = —D l dnr = D(nr2 — nr\) J0 Jnr2 T3U T3U h = DvF2 Fl L □ S1 Koeficient pronikání plynu Pp = rD Pp = Ppoexp í —-^ j ; Ppo = r0D0 Hapr - aktivační energie pronikání plynu T3U T3U h = Dr-2 Fl L h = PpP^, L = lcm;P2>Pi >/ 19 / cm1 art \ 7TU r \A U\ 1 ra f0-6 L Hx 10'7 h \ > £>** h Mn sKj »"' h \1l M V hi R ľ x "^"^ ■7 to'n H N Tvľx 9 s„ff jp-sU *i r ľ H J2 »■* Li k r TV TO'*5 W "TT r \ n-»\l t?\—L 2000 75001000 700 600 500 Í50Í00 330 300 275 250 rt(k) Obr. 3.21. Závislost koeficientu pronikání P na teplotě (podle Waldschmidta, 1954; Nortona, 1957; Millera a Sheparda, 1961; Rogerse, Dushmana a Laffertyho, 1962). ( cm3 (norm) cm \ >[..„.(! Plyny v kovech 3 - H2 -> Fe; Plyny ve sklech a keramice 101 kPa H2 -► kovar; 5 - H2 -► Cu; 6 - N2 -* Ni. (norm) 1 - H,^Pd;2 - H2-Ni; UP = ;)]— vycor; 8 - \101kPa°< He - pyrex 7740; 9 - H2 - Si02; 10 - N2 - Si02; 1/ - He - keramika; /2 -H2 - sklo 1720; 13 - He - sklo G; 14 - vzduch - pyrokeramika; 15 -vzduch - pyrex; 16 - vzduch - keramika; 17 - vzduch - sklo 1720; 18 - O, N, -pyrex □ S1 F6450 6/19 Koeficient pronikání Pp [10 ' materiál N2 o2 H2 C02 He prírodní kaučuk methylkaučuk butylkaučuk neopren G buna-S 6 0.4 0.25 25 5 18 2 1 3 13 38 13 6 10 30 100 6 4 20 95 20 11 5 4 18 teflon polynietakrylat 0.002 2 0.007 18 0.05 5 Uvolňování plynu a z povrchu a tok plynu na povrch u velmi tlusté stěny druhý Fickův zákon ho = -D (^ dnr d í dnr cJT dx \ dx T D í\t — nro\ — V 7TT Množství plynu uvolněné z jednotky povrchu za dobu r Qi= hrdr = 2nr0J — □ S1 F6450 8/19 Proudění plynu ve stěnách konečné tloušťky tloušťka stěny L, předem zcela zbavená plynů, P2 ^ P\ Qi= I hdr w -^— (t-t0) Jo L L2 pro r > r0 T0 = 6Ď nr2D Dr Qi = hr = —j—t = —P2 r □ S1 9/19 □ S1 F6450 10 / 19 Pronikám He sklem ctrŕjNTPhm ~o^s~fÔTkPa "ad (kJmol) 59 50 t2 3* 25 18 20 40 60 60 100% obsah SiOg* B20s + P205 Obr. 3.24. Závislost aktivační energie difúze //ad a pronikání helia sklem s různým obsahem sklotvorných složek (Si02 + B203 + P205) při teplotě 373 K (podle Nortona, 1953; Eschbacha, 1960 a dalších). Osla u křivek odpovídají číslům skel v tab. 3.16 F6450 11 / 19 Tab. 3.16. Složeni skel, jejichž charakteristiky jsou uvedeny v obr. 3.24 Pořadové Druh skla Sklotvorné složky ("A ---- vT O 00 číslo v obr. 3.24 Název skla (Corning), blízký danému \/o) < O Ol, + CD ca Z + O C3 U O O c« c oa n 1 tavený křemen C-7940 100 - - 100 2 vycor C-7910 96 3-99 1 3 4 5 pyrex borokřemičité hlinitofosforové C-7710 81 13 - 94 65 25 - 90 5 77 82 2 3 11 - 4 7 — - 7 6 sodnodraselné C-0080 72 - - 72 1 1 17 10 _ _ 7 hlinitokřemičité C-1720 62 5-67 18 - - 15 - - 8 olovnaté1) C-8363 31 - - 31 - 61 - _ 8 - 9 olovnaté bez křemíku s malým obsahem alkálií 22 - 22 7 78 □ S1 - 12 / 19 Objem V = 1 1, povrch A = 500 cm2, tloušťka stěny L = 1 mm, teplota T = 293 K, vyčerpáme na tlak 10~10 Pa. Parciální tlak He ve vzduchu je Pne = 0.5 Pa í i/i = ľv L i=Q = pv T T P = 10-10 + 6.10-10r L2 F6450 13 / 19 r is) F6450 14 , D esorp ční proud z různých povrchů Důležitá je teplotní a vakuová historie látek vakuové aparatury. Uvádí se hdes a směrnice et\ pro různé časy např. pro t\ = 1 h a T4 = 4 h F6450 15 / 19 Tab. 3.18. Intenzita desorpce /ldes(l(T5 Pals"1 cm^zal h a za 4h od počátku čerpání a koeficienty a, a «4 některých látek při T * 300 K (Orientační hodnoty, podle Daytona a kol., 1959) Doba od počátku čerpáni Látka lh 4h Mdes(l> *i li des(4) a4 elastomery přírodní kaučuk - 12 0,5 6 0,5 bílá a červená guma buty kaučuk 20 0,7 6 0,6 neoprén 30-300 0,4-0,5 15-180 0,4-0,5 odplyněný neoprén 120 0,5 _ _ perbunan 5-90 0,65 2-40 0,6-1,1 plastické látky teflon 5 0,7 1,5 1 odplyněný teflon 0,1 2 - _ araldit 5-80 0,3-1,3 1-20 0,5-1,3 epoxidová pryskyřice odplyněná 0,2 1,5 _ _ obsahující vodu 100 0,6 _ _ polyethylen 2,5 0,5 1,2 na čase i pro různé kovy při T « 300 K (podle Schrama, 1963) / — chromniklová nerezavějící ocel Z3CN s neopracovaným povrchem; 2 - ocel Z3CN elektrolyticky vyleštěná; 3 - ocel, vyleštěná skleněnými kuličkami; 4 - měkká ocel poniklovaná a vyleštěná; 5 - vysoce čistá měď elektrolyticky vyleštěná; 6 - hliník; 7 - dural □ g - = 1 -00,0 F6450 17 V 1 r (h) Obr. 3.27. Závislost intenzity desorpce /ldes na čase x pro borokřemičité sklo M02A při Ts = 300 K (podle Henryho, 1961): / — po prvním ohřevu; 2 — po ohřevu trvajícím 5 h při teplotě 373 K a vystavení působení vzduchu po dobu 14 h □ s l Q, O- I1dei(fhls~1cm2) -í *U ^á ^ VN ^ ^ VV-- v X / 10 100 1000 r (min) Obr. 3.28. Intenzita desorpce /, des z povrchu clastomerü při teplotě 298 K jako funkce času (podle Hellera, 1958) / - syntetická guma (ploché těsnění V, kruhové l"); 2 - perbunan; 3 - araldit, polyuretan; 4 - teflon; 5 - hostaflon □ g - = -š-00,0 F6450 19 / 19