3 Расчет вакуумной системы

3.1 Расчет газовых потоков

Для расчета имеются исходные данные, представленные в таблице:

Характеристика	Величина
Рабочее давление в камере	6∙10-4 Па [1 ]
Время достижения давления 6∙10-4Па в камере	30 мин [1 ]
Размеры камеры (внутр.диаметр×высота))	700×770 мм [1]
Материал камеры	Нержавеющая сталь [1]
Коэффициент газовыделения нержавеющей стали	=4,010-5 , [2]
Толщина стенки камеры	h=0,005 м [1]
Материал куполообразного подложкодержателя и оснастки	Нержавеющая сталь [1]
Ориентировочная поверхность всей оснастки	1,5 м2[1]
Материал изделия	КГВ(калий гадолиневый вольфрамат) []
Коэффициент газовыделения КГВ	=3,7810-6 Пам3/[4,5]
Форма активного элемента	Цилиндр
Длина активного элемента	l = 5 см []
Радиус активного элемента	r = 0,2 см []
Единичная загрузка	90 элементов []
Геометрические размеры таблетки ПОМ Al2O3 ZrO2 SiO2	h = 8,75 мм, d = 17,95 мм h = 10,10 мм, d = 18,10 мм a = 14,5 мм, b = 14,5 мм, h = 12,00 мм
Коэффициент газовыделения SiO2	)= 5,010-4 , [4,5]
Коэффициент газовыделения ZrO2	(ZrO2)= 4,010-6 , [4,5]
Коэффициент газовыделения Al2O3	()= 3,010-6 , [4,5]

Суммарный поток газа , поступающего в вакуумную систему, имеет несколько составляющих: технологический поток, поступающий с поверхности таблеток пленкообразующих материалов (ПОМ), технологический поток, поступающий с поверхности активных элементов КГВ, поток газовыделения с поверхности стенок камеры, поток газовыделения с поверхности оснастки, поток, обусловленный газопроницаемостью через стенки вакуумной камеры, поток натекания в систему за счет несовершенства уплотнений:

, (1)

Поток газов, поступающих в вакуумную систему из активных элементов () оценивается по формуле:

(2)

где – площадь поверхности активного элемента, м²; ‑ скорость удельного газовыделения с поверхности активного элемента,); – количество активных элементов в камере, .

Технологический поток, поступающий с поверхности одного активного элемента:

Площадь поверхности активного элемента:

, (3)

где – радиус активного элемента, м; – длина активного элемента, м.

м²

Поток, поступающий с поверхности таблеток пленкообразующих материалов (ПОМ) состоит из трех составляющих: ,,, которые рассчитываются по формуле (4):

, (4)

где –скорость удельного газовыделения пленкообразующего материала,); – площадь поверхности таблетки ПОМ, м².

Рассчитаем площади поверхностей таблеток ПОМ:

м²,

м²,

м².

Потоки, поступающие с поверхностей таблеток пленкообразующих материалов:

,

,

.

Суммарный поток , поступающий с поверхности таблеток пленкообразующих материалов (ПОМ) :

, (5)

.

Рассчитаем поток газовыделения с поверхности стенок камеры :

, (6)

где –скорость удельного газовыделения с поверхности стенок, ); – площадь поверхности стенок, обращенных к вакууму, м²; ) – для нержавеющей стали[2]

, (7)

где – радиус камеры, м;– высота камеры, м;м[1];м[1].

м²;

.

Рассчитаем поток газовыделения с поверхности оснастки :

, (8)

где –скорость удельного газовыделения с поверхности оснастки, ); – ориентировочная площадь поверхности оснастки, м²; ) – для нержавеющей стали[2]; м²[1].

.

Поток газа , поступающий в вакуумную систему вследствие проницаемости стенки вакуумной камеры, может быть оценен по следующей формуле[2]:

, (9)

где ‑константа проницаемости, – площадь поверхности стенок, обращенных к вакууму, м²; – давление внутри вакуумной камеры; – давление снаружи вакуумной камеры, ; – количество атомов в молекуле газа; -толщина стенки вакуумной камеры, ; ‑ энергия активации газопроницаемости,; – универсальная газовая постоянная, – термодинамическая температура стенки камеры, .

Принимаем три основных потока газа через стенки вакуумной камеры: потоки водорода, азота и оксида углерода.

Значения констант, входящих в выражение (9) и характеризующие процесс газопроницаемости через стенки вакуумной камеры, представлены в таблице 2:

Таблица 2 – Коэффициенты, характеризующие процесс газопроницаемости через стенки вакуумной камеры

Материал	Газ				Объемное содержание газа в воздухе, доли
Fe	Водород	2	1,4	8,04	5
Fe	Азот	2	3,8	1,99	0,781
Fe	Оксид углерода	2	1,1	1,56	1

Рассчитаем каждый поток.

Поток водорода:

.

Поток азота:

.

Поток оксида углерода:

.

Так как (водорода)>>(азота) и(водорода)>>(оксида углерода), то в расчетах принимаем только=(водорода)=.

Поток газов, поступающих в вакуумную камеру через уплотнения разборных соединений[2]:

, (10)

где –вероятность наличия течи, пропускающей поток газа, меньшей чувствительности течеискателя, ;–минимальный поток, регистрируемый течеискателем, ;–количество соединений вакуумной системы, .

.

Тогда суммарный поток газа, поступающего в вакуумную систему, рассчитаем по формуле (1)

.