Вакуумная металлургия

I

\

Фиг . 14. Фитинг из нержавеющей стали, спаянный припоем на никелевой основе.

Фиг . 15. Типовая сотовая конструкция перед пайкой.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.H o f f R . L. a n d B o u n d s A. M., Vacuum Heat Treating Techniques, Vacuum Metallurgy Symposium of the Electronical Society, Boston, 1964, стр. 129.

Парциальные давления металлических паров

Давления паров металлов, приведенные в табл. 1, действительны для чистых металлов и соответствуют относительной летучести при условии несмешиваемости. При образовании твердого или жидкого раствора из двух или более металлов парциальное давление уменьшается примерно пропорционально молярной доле. Парциальные давления двух металлов в двойной системе равны

При дистилляции смеси, состоящей примерно из равных частей двух металлов, содержание компонента с высокой летучестью в парах будет больше. По мере протекания процесса дистилляции доля высоко­ летучего компонента в паре будет уменьшаться. Постепенно состав металла станет таким, что содержание в паре менее летучего компонента будет возрастать. Так как молярное соотношение двух компонентов пропорционально их парциальным давлениям, то состав пара будет опре­ деляться следующим образом:

где с2 — доля менее летучего компонента в паре.

Влияние обеднения расплава летучим элементом на состав пара можно проиллюстрировать опытами по дистилляции сплавов, содержащих олово и свинец. Сплав, содержащий 10% свинца и 90% олова, был подверг­ нут четырехкратной дистилляции при 1200° до тех пор, пока концентра­ ция свинца в остатке не упала ниже 0,5%. Данные о составе остаточ­ ного металла и конденсата представлены в табл. 2. В последних двух колонках таблицы дается сравнение содержаний олова в конденсате, полученных экспериментально и расчетным путем. Следует заметить, что как те, так и другие данные показывают увеличение доли олова в паре по мере уменьшения количества свинца в металле. Но экспериментальные величины оказались выше расчетных.

Скорость испарения

При любой определенной температуре существует определенная максимальная скорость испарения вещества с поверхности. Эту скорость трудно рассчитать на основе кинетической теории, но ее можно оценить при помощи экспериментально установленного давления пара или на основе парциального давления пара летучих веществ.

В состоянии равновесия скорость испарения равна скорости конден­ сации пара на испаряющей поверхности. Кинетическая теория позволяет на основании давлений пара определить количество столкновений молекул последнего с поверхностью. Масса молекул пара, ударяющихся о квадрат­ ный сантиметр поверхности в секунду, равна

где р — давление пара, В — газовая постоянная.

Число молекул, возвращающихся на поверхность, будет равно некоторой доле а от числа соударений, поэтому скорость возвращения

где М — молекулярный вес, Т — температура, °К, р0 — равновесное давление пара, мк рт. ст., го0 — скорость испарения в г/см2 • мин.

Испарение со скоростью ги0 может происходить только в глубоком вакууме, когда скорость испарения так мала, что средний свободный пробег молекул превышает расстояние между испаряющей и конденсирую­ щей поверхностями. При этих условиях происходит молекулярное испа­ рение.

При значительных скоростях испарения молекулы пара сталки­ ваются друг с другом, причем некоторые из них будут возвращаться на испаряющую поверхность. Действительная скорость испарения в этом случае равна разности между скоростью w0 и скоростью возвращения на поверхность av Действительная скорость испарения

где р — парциальное давление пара на испаряющей поверхности. Степень насыщения пара равна отношению р и р0. По мере изменения

условий испарения это соотношение меняется от 0 до 1,00, т. е. от моле­ кулярного испарения до равновесного. Степень насыщения зависит от отношения между опытной и максимальной скоростями испарения по уравнению

Действительная скорость дистилляции определяется не столько скоростью испарения с поверхности, сколько скоростью уноса пара с поверхности. Скорость уноса вычислить труднее, чем скорость испарения. При этом необходимо учитывать следующие факторы: 1) градиент давле­ ния паров; 2) давление газа, присутствующего в системе; 3) размеры дистиллятора и конденсирующей системы.

Если расстояние между испаряющей и конденсирующей поверх­ ностями мало по сравнению с диаметром камеры, то стенки оказывают незначительное влияние и скорость уноса пара в первую очередь определя­ ется скоростью диффузии пара. Если же остаточное давление газа меньше парциального давления пара, то скорость уноса определяется градиентом давления пара. Скорость дистилляции равна скорости диффузии по направлению градиента давления

X — эффективное расстояние между двумя поверхностями; D — коэффи­ циент диффузии; М — молекулярный вес.

Важнейшим фактором, принимаемым в расчет, является то, что давле­ ние остаточного газа в системе намного меньше давления в конденсаторе. Дистиллируемые пары действуют как диффузионный насос и увлекают мо­ лекулы газа от испаряющей поверхности к конденсатору. Поэтому давление остаточного газа всегда меньше, чем давление, определяемое в системе. По этой причине скорость испарения обычно не зависит от давления газа, если давление в системе понижено до нескольких десятых долей миллиметра ртутного столба. Создание весьма низких давлений необходимо только при активном взаимодействии металлического пара с остаточным газом.

Если давление остаточного газа настолько велико, что его необходимо принимать во внимание, то скорость уноса определяется скоростью диффузии пара через газ. При этих условиях скорость дистилляции зависеть от давления пара и газа согласно выражению

где pz — давление остаточного газа и D' — коэффициент диффузии, ный от ранее принятого.

Следует указать, что для практических целей скорость дисти. ляции определяется скоростью теплопередачи к испаряющей поверхности