2. Конструкторский раздел

   1. Выбор материала наносимого покрытия и определение его давления насыщенного пара

Вещества в зависимости от температуры и давления могут находиться в различных агрегатных состояниях [16]. Для вакуумной техники наибольший интерес представляет область низких давлений, в которой возможны процессы перехода из жидкого состояния в парообразное (испарение) и обратный процесс (конденсация), из твердого состояния в парообразное (сублимация) и обратный процесс (десублимация). На рисунке 2.1 приведена диаграмма агрегатного состояния вещества с параметрами для вещества: критическая температура T_кр и параметры тройной точки T_b и p_T.

I ‒ жидкость, II ‒ твердое тело, III ‒ пар, IV ‒ газ

Рисунок 2.1 – Диаграмма агрегатного состояния вещества

Давление p_T, при котором происходит изменение агрегатного состояния вещества, называется давлением насыщенных паров при заданной температуре. Оно экспериментально определено для различных материалов, часто применяемых в вакуумной технике, как в качестве уплотнителя, так и в качестве материала покрытия.

Для последнего случая таким параметром, как давление насыщенного пара, не ограничиваются, а еще вводятся понятия температуры испарения и скорости испарения вещества.

Температурой испарения вещества условно принято называть температуру, при которой давление его паров достигает 1,33 Па (10^-2 мм рт. ст.) [17]. Скорость испарения ω, то есть количество вещества, испаряемого в 1 секунду с 1 см² поверхности испарителя.

При конструировании защитного устройства два последних параметра не так важны, так как прямого воздействия на устройство не оказывают. Поэтому ограничимся понятием давления насыщенного пара вещества.

Для многих материалов, испаряемых в вакууме или применяемых в вакуумной технике, температура плавления, кипения и испарения, а также давление паров и скорость испарения давно рассчитаны и сведены в справочные таблицы. В таблице 2.1 приведены значения для некоторых материалов из литературы [17].

Таблица 2.1 – Температуры плавления, кипения и испарения, а также данные относительно давления паров и скорости испарения некоторых материалов

Наименование материала	Температура плавления, ˚С	Температура кипения, ˚С	Давление паров при температуре плавления, Па (мм. рт. ст.)	Температура испарения (при давлении паров 1,33 Па), ˚С	Скорость испарения, 10-4 г/см2·с
Алюминий	660	2060	1,6·10-4 (1,2·10-6)	996	0,85
Ванадий	1697	3527	‒	1888	‒
Золото	1063	2960	8·10-4 (6·10-6)	1465	1,95
Кремний	1414	2360	4,3 (3,2·10-2)	1342	0,77
Никель	1455	2730	0,6 (4,4·10-3)	1510	1,06
Олово	232	2400	0	1189	1,65
Свинец	328	1740	7,2·10-6 (5,4·10-8)	718	2,65
Серебро	961	2210	0,2 (1,8·10-3)	1047	1,67
Тантал	2996	5300	7,5 (5,6·10-2)	3070	1,35
Титан	1727	3300	11,2 (8,4·10-2)	1546	0,95

Из таблицы для нас особую важность представляют материалы, испарение которых возможно с помощью термического метода. Таким материалом является алюминий за счет его легкоплавкости. Поэтому, зная его значение давления насыщенных паров, выбираем его в качестве материала наносимого покрытия и ведем дальнейшие вычисления.