4. Основные методические подходы к исследованию газовыделения материалов в вакууме

Существуют несколько способов определения количества газов выделяемого материалом. Одними из наиболее простых являются:

1. Метод известной проводимости трубопроводов. В этом

методе используются непрерывная откачка объема, в которой

происходит газовыделение.

2. Метод изотермического расширения. О количестве

выделившихся газов можно судить по увеличению давления в

известном по величине объеме, изолированном от насосов.

• Метод известной проводимости трубопроводов

В этом методе используются непрерывная откачка объема, в которой происходит газовыделение. Для откачки используется трубопровод известной проводимости. При наличии заметного газовыделения из образца в системе будет повышаться давление даже при непрерывной откачке, т.к. количество выделившихся в единицу времени газов будет превышать, количество газов, удаляемых насосом через трубопровод, на концах которого устанавливается разность давлений Р₁ – Р₂ (где Р₁ – давление на конце трубопровода обращенном к сосуду, а Р₂ – на конце трубопровода, обращенном к насосу).

Поток газа через трубопровод определяется выражением:

,

а количество газа, прошедшее за время Δτ, будет:

.

• Метод изотермического расширения.

О количестве выделившихся газов (G) можно судить по увеличению давления в известном по величине объеме V₂ :

,

где Р_кон – давление, которое установилось в системе при подключении объема, Р_нач – начальное давление, которое было в объеме до соединения его с системой, в которой происходит газовыделение.

Следует отметить, что газ попадает в систему не только в результате газовыделения из образца, но и десорбируется с поверхности самой установки, а также проникает за счет натекания. Поэтому реально количество газа при данном способе измерений будет несколько ниже.

Поток газа (Q), десорбирующегося с поверхности образца определяется выражением:

,

где ΔG – количество газа десорбированного с поверхности образца за время Δt.

3. Методика и порядок проведения эксперимента по измерению собственного газовыделения вакуумной резины

1. Устройство высоковыкуумной системы установки увнипа-1-001 и порядок ее работы

В основе работы установки лежит способ нанесения износостойких алмазоподобных покрытий на режущий инструмент, микроинструмент, а также на детали работающие на трение и износ с помощью импульсного генератора углеродной плазмы, имеющего среднюю энергию ионов порядка 100 эВ, что исключает необходимость дополнительного ускорения ионов с помощью приложения отрицательного потенциала к подложке.

Импульсный характер процесса конденсации, отличающийся длительными паузы (длительность паузы более чем в 10 раз превышает длительность плазменного разряда) позволяет улучшить отвод тепла из зоны конденсации, что обеспечивает формирование алмазоподобных структур в более широким диапазоне температур конденсации.

В установке для предварительной ионной очистки обрабатываемых деталей используется источник ионного травления типа «Радикал».

Окончательная очистка, нагрев деталей, закрепленных на планетарной карусели, и нанесение подслоя титана производится с помощью электродугового испарителя с сепарацией плазменного потока в магнитном поле. Применение этого испарителя исключает возможность попадания на обрабатываемые детали капельной фазы распыляемого материала.

Для улучшения очистки на карусель подается отрицательный потенциал, что способствует внедрению ионов титана в поверхностный слой обрабатываемых деталей.

Установка состоит из четырех основных частей:

• стойки питания генератора углеродной плазмы;

• блока питания испарителя;

• стойки питания и управления;

• блока вакуумного.

В блоке вакуумном установки расположены все основные технологические узлы и системы, а стойки питания обеспечивают питание и управление следующих устройств:

• импульсного генератора углеродной плазмы;

• электродугового испарителя с сепарацией плазменного потока;

• источника ионного травления типа «Радикал»;

• приводов каруселей;

• привода заслонки;

• системы напуска газа;

• системы водоснабжения;

• системы вакуумной.

Схема установки:

1. насос диффузионный паромасляный Н400/700;

2. преобразователь манометрический ПМТ 6-3;

3. ловушка азотная;

4. затвор высоковакуумный;

5. преобразователь манометрический ПММ 32-1;

6. насос НВР-16Д;

7. клапан;

8. клапан электромагнитный.

Работа на установке осуществляется в следующей последовательности:

1. предварительно провести запуск вакуумной системы (автоматически или ручной);

2. разгерметизировать рабочую камеру;

3. загрузить детали на карусели;

4. закрыть и откачать рабочую камеру до давления 1,33*10^-3 Па (1*10^-4 мм рт. ст.);

5. включить приводы каруселей;

6. произвести напуск рабочего газа (Ar) до давления 4*10^-1 – 6,65*10^-2 Па (3*10³ – 5*10^-4);

7. включить блок питания источника ионного травления и установить необходимый режим очистки;

8. открыть заслонку и провести очистку обрабатываемых деталей по времени;

9. закрыть заслонку, отключить блок питания источника ионного травления и прекратить напуск рабочего газа в камеру;

10. откачать камеру до давления 1,33*10^-3 Па (1*10^-5 мм рт. ст.);

11. включить питание электродугового испарителя и установить необходимый режим горения дуги;

12. подать на карусели высокое напряжение и провести очистку и нагрев деталей;

13. снять с каруселей высокое напряжение и подать низкое и провести нанесение подслоя титана;

14. выключить питание электродугового испарителя и снять с каруселей;

15. включить питание генератора углеродной плазмы, провести нанесение алмазоподобного покрытия;

16. отключить питание генератора углеродной плазмы и закрыть затвор;

17. после прогрева стенок камеры произвести напуск атмосферного воздуха, открыть крышку и выгрузить детали.