МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

Л.Н. Никитин, А.С. Костюков, М.Ю. Гостев

СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ

ГЛУБОКОГО ВАКУУМА

Учебное пособие

Воронеж 2019

УДК 658.562 (075.8)

ББК 32.884я7

С409

Рецензенты:

доцент кафедры «Физика твёрдого тела

и наноструктур», ВГУ

канд. ф-м. наук А.Н. Лукин;

начальник кафедры основ радиотехники и электроники ФКОУ ВО «Воронежский институт ФСИН России»

полковник внутренней службы

канд. техн. наук., доцент Р.Н. Андреев

С409	Способы создания глубокого ваккума: учебное пособие / Л.Н. Никитин, А.С. Костюков, М.Ю. Гостев; ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет». – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2019. – 98с.

ISBN 978-5-7731-0747-7

Учебное издание содержит необходимые теоретические материалы и задания для проведения занятий по дисциплинам «Автоматизированные системы диагностики контроля испытаний приборов» и «Методы и устройства испытаний ЭС»

Издание соответствует требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по специальностям 12.03.01 «Приборостроение» (профиль «Приборостроение») дисциплине «Автоматизированные системы диагностики контроля испытаний приборов» и 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств» (профиль «Проектирование и технология радиоэлектронных средств») дисциплине «Методы и устройства испытаний ЭС»

Ил. 71.Табл. 3.Библиогр.: 5 назв.

УДК 658.562 (075.8)

ББК 32.884я7

Печатается по решению учебно-методического совета Воронежского государственного технического университета

ISBN 978-5-7731-0747-7

©Л.Н. Никитин, А.С.Костюков М.Ю. Гостев, 2019 ©  ФГБОУ ВО «Воронежскийгосударственный технический университет», 2019

ВВЕДЕНИЕ

Вакуумные установки и приборы, несмотря на довольно длинную историю применения, до сих пор играют большую роль в производстве и испытаний как целых систем РЭС, так и отдельных их узлов и агрегатов. От качества оборудования и его правильного использования зависит качество и время службы РЭС.

Представленное учебное пособие содержит теоритический, практический, а так же справочный материал по способам создания вакуума и оборудованию, которое применяется для этого.

1.1 Цель учебного пособия

Целью этого учебного пособия является краткий обзор некоторых аспектов современной вакуумной техники, причем особое внимание уделяется методам безмасляной откачки, таким как ионная откачка и титановая сублимация.

Надеемся, что представленная здесь информация будет полезна для специалистов всех уровней, работающих с высоким вакуумом.

1.2. КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Самые ранние высоковакуумные устройства были безжидкостного типа. Поэтому наиболее современные устройства, по сути дела, являются одновременно наиболее старыми. Одно из первых наблюдений понижения давления в системе в результате улавливания атомов осажденной металлической пленкой было сделано в Германии в 1858 г. Плакером. Первая криогенная откачка была произведена в 1876 г. лордом Дьюаром. Однако в начале 1900-х годов усилия одного изобретательного гения Вильгельма Теде привели к тому, что в следующей половине столетия вакуумная технология почти целиком зависела от насосов жидкостного типа. И лишь только в последние несколько лет вакуумная техника, основанная на использовании твердотельной или конденсированной фазы, резко возродилась. Сейчас созданы сублимационные насосы, позволяющие достигнуть вакуум вплоть до самых низких давлений и выполняющие много функций, которые прежде были исключительной сферой диффузионных насосов. Во всех насосах Геде использовались жидкости (масло или ртуть), которые находились внутри вакуумной системы, и их можно считать самыми ранними прообразами современных механических и диффузионных насосов. Наоборот, новейшая техника стремится не допускать жидкости в вакуумную систему. Наиболее эффективный путь достижения этого — не использовать их. Если для непрерывной откачки используются насосы жидкостного типа, то всегда есть сомнение в том, существует ли стопроцентная гарантия в отсутствии обратного потока паров жидкости даже при наличии самых лучших и тщательно разработанных ловушек. В этой брошюре рассматривается в основном твердотельная вакуумная техника, которая создает вакуум путем постоянного захвата газовых молекул и, тем самым, удаления их из обращения. Суммарный эффект получается тот же самый, как если бы газовые молекулы выводились из системы; при этом избегаются вредные влияния масла и ртути. Наиболее экономично это может быть выполнено с помощью геттеро-ионных насосов, используя химически активные металлы, такие как титан, способные поглощать молекулы газа.

1.3. Единицы измерения

Величиной, имеющей фундаментальное значение в вакуумных измерениях, является плотность частиц n, т. е. число молекул или атомов газа в единице объема. Она связана с давлением с помощью соотношения n = 9,7 × 1018 Р/Т, где n выражено в молекулах/см³, Р — в торр, а Т — в градусах Кельвина. Однако, в силу традиции и из-за процедуры калибровки вакуумных манометров давление находит более широкое использование, чем плотность частиц. Единицей давления, которая используется чаще других, является торр, названная в честь Торричелли. Она определяется через обычную атмосферу, которая составляет 1.013.250 дин/см². Один торр равен 1/760 атмосферы, или 1340 дин/см². Коммерческие приборы обычно дают показания давления в торрах. В настоящее время международной единицей давления является Паскаль (Па). 1 Па = 1 ньютон/м2; 1 Па = 7,50064 х 10-3 торр; 1 торр = 133,322 Па.

Скорость откачки обычно измеряется в литр/сек и является функцией давления. Насос, имеющий скорость откачки 1 литр/сек, откачает камеру объемом в 1 литр до давления 0,37 от ее первоначальной величины за 1 сек, если пренебречь влиянием стенок.