برای مطالعه مقالات شماره ۱ و ۲ در حیطه مفاهیم فناوری خلا به لینک های زیر مزاجعه نمایید.

مفاهیم اولیه در فناوری خلا - قسمت اول

مفاهیم اولیه در فناوری خلا - قسمت دوم

مفاهیم اولیه در فناوری خلا - قسمت ۳

• هدایت[۱](C (s^-1

دبی pv عبوری،از هر سیستم نظیرلوله ها، شیر،مخازن،نازل هاو غیره رابه صورت زیرمی توان نشان داد:

در اینجا Δp نشانه ی اختلاف فشاردر ورودی وخروجی سیستم است . ضریب تناسب C که در اینجا به کاربرده شده، به عنوان ضریب هدایت شناخته می شود. این ضریب، تحت تاثیر هندسه ی المان های در مسیر گاز می باشد.در سیستم های خلا بالا وبسیار بالا، مقدارC مستقل ازفشاراست ولی در خلاهای متوسط وخلا های پایین، تابع فشارمی باشد.بنابراین C رابایدبرای فشارهای گوناگون به طور مستقل محاسبه نمود.

فرمول بالا را می توان به قانون اهم برای فناوری خلا تعبیرکرد. در این صورتq_pvنماینده ی جریان، pΔنماینده ی ولتاژ و C همان رسانایی الکتریکی می باشد.

با بررسی قانون اهم، می بینیم که مقاومت در برابرسیال به صورت عکس رسانایی می باشد :

معادلات قبل رامی توان به صورت زیر بازنویسی کرد:

که در صورت سری بودن اتصالات،رابطه ی زیررا می توان نوشت:

ودرصورت موازی بودن اتصالات، رابطه ی زیر را می توان به کاربرد:

نمونه ای از ترکیب دستگاههایی که در یک سیستم خلا، به کاربرده می شود و هر یک مقاومت خاصی ازخود نشان می دهند. بر گرفته از "fundamentals of vaccum technology Leybold"

- نرخ نشتی[۲]q_L(mbar.l.s^-1)

به جریان گازی که به طور ناخواسته از یک محفظه ی خلا، به محیط اطراف را نشتی گفته می شود. این مقداررا معمولا باmbar.l.s^-1نشان می دهند.

خروج گازهای سطوح[۳](l)

به گازهایا بخاراتی که از دیواره ها یا اجزاء داخلی محفظه ی خلا آزادمی شوند، مانند مایعاتی که روی دیواره هستند وتبدیل به بخار می شوند،خروج گاز می گویند.

• نرخ خروج گاز سطوح[۴](l.s^-1)

مقدارخروج گاز در بازه زمانی مشخص را، نرخ خروج گاز می گویندکه باواحدmbar.l.s^-1مشخص می شود.

• متوسط مسیر آزاد مولکول ها λ (cm)ونرخ برخوردz (s^-1)[5]

امروزه، این تعریف که گازها از تعداد زیادی ذرات مجزا از هم تشکیل شده واین ذرات به طورپی درپی باهم برخوردمی کنند، منجربه پدید آمدن تعداد زیادی تئوری گشته است که به طور خلاصه به آنها تئوری انرژِی جنبشی گازها[۶]گفته می شود.

یکی از مهمترین وسودمندترین نتایجی که از این تئوری گرفته می شود، محاسبه فشاریک گاز براساس چگالی، متوسط ρ و توان دوم سرعت مولکول هاc²وجرم مولکولیm_Tگازمی باشد.

و

که در آنها، T دمای گاز،ρچگالی گازوk ثابت بولتزمن می باشد .

مولکول های گاز در داخل محفظه ای که هستند، به طور آزادانه به هرطرفی حرکت می کنند وبا یکدیگروبادیواره ها برخورد می کنند.حرکت این مولکول هارا تا حدودی به کمک تئوری انرژی جنبشی گازها می توان توصیف نمود.در اینجا دو تعریف پیش می آید، اول متوسط مسیرآزادمولکول هاکه با λنشان داده می شود ودیگری نرخ برخوردz.

متوسط مسیر آزادλ،متوسط فاصله ای است که یک مولکول گاز بین دو برخورد با مولکول های دیگر می پیماید و همچنین نرخ برخوردz، متوسط تعدادبرخوردهای مولکولی است که در یک بازه ی زمانی در گازصورت می گیرد. این دوعامل همانطور که در زیرنمایش داده خواهند شد تابعی از متوسط سرعت مولکولی c، قطرمولکول ها،۲rوچگالی تعداد ذرات مولکولی n، می باشند:

که در آن:

و داریم :

در حالت کلی برای یک گازدر دمای ثابت رابطه ی زیر بین فشار ومتوسط مسیر آزادبرقراراست :

که ازاین رابطه در حالت کلی برای محاسبه ی متوسط مسیرآزادیک گاز در فشار مورد نظراستفاده می کنند. درکل ازنمودارهایی مانند شکل زیربرای مشخص کردن رابطه ی بین فشار ومتوسط مسیرآزاد برای گازهای مختلف استفاده می شود .

رابطه ی بین فشار ومتوسط مسیرآزاد- بر گرفته از "fundamentals of vaccum technology Leybold"

• نرخ تصادف(z_A(cm^-2.s^-1 و زمان شکل گیری تک لایه ای τ[۷](s)

یک تکنیک رایج برای مشخص کردن فشاردر محفظه ای با خلا بالا این است که زمان تشکیل یک لایه ی تک مولکولی یا تک اتمی برروی سطحی که باگاز در تماس نبوده رامحاسبه کنیم (البته با این فرض که مولکول ها به سطح می چسبند).زمان این شکل گیری، ارتباط تنگاتنگی با نرخ تصادف مورد نظردارد.در یک گازساکن، نرخ تصادف، تعیین کننده ی تعدادمولکول هایی است که با سطح مورد نظربرخورد می کنند:

اگر a تعداد فضاهایی باشد که گازمورد نظررا در خودجای داده است، می توان رابطه ی زیررا برای زمان شکل گیری تک لایه ی مذکور تعیین کرد:

• فرکانس برخورد[۸](z_v(cm^-3.s^-1

عبارت است از حاصل ضرب نرخ برخوردz،در نصف چگالی تعداد ذرات n. به این علت از نصف چگالی تعدادذرات استفاده می شود که هر برخورد میان دو مولکول در نظر گرفته شده است:

• هوای اتمسفر[۹]:

داخل هر محفظه ای که نیاز به فرآیند خلا سازی داشته باشد، هوا وجوددارد. همچنین اطراف هرمحفظه ای راهم هوا دربرگرفته است. بنابراین پیش از هر فرآیندی در رابطه با تخلیه ی هواباید با ترکیبات شیمیایی و فیزیکی این ماده آشنایی کامل داشت.

هوای اتمسفر از ترکیب چندین گاز تشکیل شده است.فشاری که توسط این گاز اعمال می شود بستگی به ارتفاع از سطح دریا دارد. بنابراین فشارمرجع در سطح دریا معادل ۱۰۱۳میلی بار است.در جدول زیر ترکیبات هوای در دمای ۲۰درجه ی سانتی گرادورطوبت نسبی۵۰%، به همراه فشارهای جزئی ودرصدجرمی هرگازآورده شده است:

بر گرفته از "fundamentals of vaccum technology Leybold"

در فناوری خلا ،نکات زیررادر مورد ترکیبات هوا بایدلحاظ نمود:

1. در هوا،بسته به در صدرطوبت موجوددر آن،بخارآب وجوددارد. بنابراین برای تخلیه ی یک دستگاه در فرآیندخلا، این پارامترنقش مهمی ایفامی کند.
2. در هنگام استفاده از پمپ های جذب سطحی (absorption pump)برای فرآیندتخلیه، بایدگازخنثی آرگون رامدنظرداشت.
3. باوجوداینکه مقدارهلیوم موجوددر هوابسیاراندک می باشد([۱۰]ppm 5)، با این وجود در خلاهای بالا،این گازخنثی می تواند در درزگیرهایی مانند درزگیر برند Vitonنفوذکند . ( در بخشهای بعدی توضیحات کامل درباره درز گیرها و انواع آنها توضیحات کامل ارائه خواهد شد. )

آب بندهای به کاررفته (نقاط سیاه پررنگ) - بر گرفته از "fundamentals of vaccum technology Leybold"

فشارهوابا افزایش ارتفاع از سطح دریا کاهش می یابد. در فاصله ی در حدود ۱۰۰کیلومتراز سطح دریا، میزان خلا ایجادشده در سطح بالاست ودر ارتفاع ۴۰۰ کیلومتردر حدبسیاربالا می باشد.

مراجع:

[۱]. fundamentals of vaccum technology Leybold

[۲]. https://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum

۳۱٫Conductance

32.  Leak rate

۳۳٫outgassing

۳۴٫outgassing rate

۳۵٫Mean free path of Molecules λ and collision rate z

36. kinetic gas theory

۳۷٫Impingement rate z and monolayer formation timeτ

۳۸٫collision frequency z_v

۳۹٫atmospheric air

۴۰٫part per million