Geometrický a skutečný povrch Table 4.6. Ratio of physical (true) surface Av, to geometric (apparent) surface Ag Metal Surface/shape AplAg Reference Pt Ni Ag AI Cu Steel Stainless steel Mo Ta W Ti Bright foil Bright foil, acid cleaned, name 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 8 173 38 40 15 > Schräm (1963) y Brennan and Graham (1965) A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 1/38 Geometrický a skutečný povrch Vakuová fyzika 2 2/38 Sorbenty zeolity, molekulová sita - prírodní, umelé (až 1000 m2/g) mikroporézní sklo aktivní uhlí (400 - 1500 m2/g) Vakuová fyzika 2 = -0 0,0 3/38 Tab. 4.14. Některé důležitější charakteristiky zeolitů a aktivních sorbentů Průměr kanálků (nm) 0.38 0,4 0,5 0,7 0,9 I 1,8 Označení podle Lindeho 3,8 A 4A (NaA) 5 (CaA) mikroporézní sklo 10X (CaX) 13X (nAX) mikroporézní sklo Měrný sorpční povrch 700-800 100 - 200 1 050 100-200 Zrnitost granule o průměru 1,5 nebo 3 mm (0,7 kg 1"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 projít Vakuová fyzika 2 1 vO<\0 5/38 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 3Á ano ne ne ne o 4 A ano ano ano ne 10 Ä ano ano ano ano Využití sorbentů vysušování: léky, přístroje,... vysušování: okna (3 Ä) 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 2 200 - P(Torr) Fig. 4.25 Sorption of water vapour on charcoal at 0°C, C?H,o —mg of water vapour, sorbed per gram of charcoal. After Dushman (1949). A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 Vakuová fyzika 2 9/38 Q. 10 - j—i, ■ i i i i ■ o, 1 2 5 1 10 28 io2 2 t (min) » K)' 8 5 104 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 10 / 38 Fig, 4.27 Water vapour sorption by molecular sieve 5A. Roth: Vacuum technology, Elsevier, 1990 < □ ► < ► < >■ < -Ě: (Po lg1) 10 „■vi V _ 7<9"4 tf?"2 70° 102 10** P (Po) Obr. 4.106. Závislost množství plynu adsorbovaného na zeolitu typu 5A na pracovním tlaku p (podle Turnéra a l emleba, 1961): 293 K (čárkovaně), 78 K (pinč) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 12 / 38 (Po) Opi 01 1 10 100 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Závislost rovnovážného tlaku na množství adsorbovaného plynu, zeolit 5A při teplotě 77 K / Obr. 4.108. Zeolitová vývěva / - zeolit;2 - přepážky; 3 - přetlakový ventil;-/ — Dewarova nádoba; 5 — síťka; 6 — potrubí k rotační vývěvě; 7 — potrubí k vakuovému systému; ti — ventily; 9 — hrdlo vývěvy z materiálu s malou tepelnou vodivostí (např. z nerezavějící oceli) ŕ J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ <3 = Vakuová fyzika 2 14 / 38 Vakuová fyzika 2 15 / 38 kowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 3 □ Tab. 4.15. Parciálni 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 (Magici k o, 1970) Plyn (pára) Zeolitové vývěvy (počet) Zeolitová a olejová rotační vývěva 1 3 0,5 0,1 OJ 0,2 Ar 0.5 0,1 0,2 0,1 o2 ^ i 4 0,6 N2 + CO 0,5 i *) 1 Ne 58 64 53 57 H20 6 4 7 28 Hc 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 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 17 / 38 U—120—J Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 18 / 38 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 19/38 Tee fitting 38.1 angle valve, model AV-150, 3 places Bourdon-style vacuum gauge \ T/C gauge tube (far side)-1 Sorption pump, model SP-150. 2 places Polystyrene Dewars katalog firmy Caburn □ Vakuová fyzika 2 20 / 38 katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 21 / 38 katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 22 / 38 orption pump model SP-150 Shown installed in polystyrene Dewar DN40CF flange, nonrotntable with clearance holes. 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 ump only katalog firmy Caburn Vakuová fyzika 2 23 / 38 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 24 / 38 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 25 / 38 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 26 / 38 o) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Teploty tání: Mo: 2623 °C, Ti: 1668 °C, W: 3422 °C Vakuová fyzika 2 27 / 38 0.001 1013 10" 10'° 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 F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) Vakuová fyzika 2 Tab. 4.17. Čerpací rychlost (měrná) čistého titanového povrchu S Plyn (pára) (Is^cm-2) CO co2 H2 H,0 N: 02 Ar, He, CH4 při 20 °C 6 5 3 3 2,5 1,5 0 ■v • pn -196 °C 11 10 6 15 6 6 0 J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 □ S1 29 / 38 Tab. 4.18. Prodleva při rozprašování titanu 90sekundovými pulsy v sublimační vývěvě v závislosti na tlaku P (Pa) i700— Obr, 4.122. Velká kryogenni 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 Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Tab,e WlJíralvtíCkÍ,,g Coefr"^»» «* Q».ntity Sorbed for Various r.o«M__^ M""»y Gas Initial Sticking Coefficient Quantity Sorbeď (x 1015 molecules/cm2) (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 CE, 0 0.05 Source. Reprinted with permission from J. Vac. Set. Tecknoi, 13, p. 471, D. J. Harra. Copyright 1976, The American Vacuum Society. „ ,2 " For ftesh film thickness of 1015 Ti atoms/cm . • The quantity of hydrogen or .d^,*l?fffi may exceed the number of Ti atoms/cm mtne ne through diffusion into the underlying films at 3W k. F.OHanlon: A Users Gaude to Vacuum Technology, Wiley (2003) Vakuová fyzika 2 = • dominantní proces je chemisorbce • dobre 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 □ s1 34 / 38 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 35 / 38 Iontové vývěvy se žhavenou katodou < A K Obr. 4.123. Iontová sublimační vývěva 1 - cívka s titanovým drátem; 2 — trubička; 3 — tyglíková anoda; K — katoda; S - mřížka; A — přívod anody J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 36 / 38 Obr. 4.124. Schéma skleněné iontové sublimační vývěvy C — kolektor (vrstva naprášeného titanu je znázorněna čárkovaně); A — anoda pokrytá vrstvou titanu; K — katoda Sfts1) N2!02;H2 10 S(lš1) He;Ar 8 6 2 0 - '—3 — Ar ^__ He a? -5" 70 -4 70' Obr. 4.125. Závislost čerpací rychlosti na tlaku pro různé plyny J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 37 / 38 H1 A(Ti) K" é" ř \ í f 8 -í J. Obr. 4.126. Malá sklenená iontová sublimační vývěva K', K" katody; C - kolektor; Á (Ti) anoda z wolframu ovinutá titanovým vláknem J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 □ s1 Vakuová fyzika 2 38 / 38