ПРИМЕНЕНИЕ ВАКУУМА В ТЕРМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Слово " вакуум" буквально (в переводе с латинского) значит " пустота". В науке и технике под вакуумом понимается состояние газа, характеризую­щееся давлением ниже атмосферного.

Техника получения и измерения вакуума, устройство и расчет вакуумных систем составляют главное содержание специальной дисциплины, носящей название " вакуумная техника".

Вакуумная техника свое основное развитие получила на базе совершен­ствования производства электровакуумных приборов. В настоящее время с получением вакуума связаны весьма многие другие области науки и техники. Например, получение полупроводниковых материалов, вакуумная плавка и термическая обработка металлов, спекание порошков ряда металлов в ва­кууме, нанесение тонких пленок на твердых поверхностях, сушка под вакуумом и многое другое.

В связи с бурным качественным развитием металлургии черных и цветных металлов широкое развитие вакуум получил в этой отрасли про­мышленности. Проведение электротермических процессов в вакууме (вакуумных печах) имеет следующие преимущества [11]:

- дает возможность безокислительного нагрева металлов;

- во многих случаях экономически более выгодно по сравнению с про­ведением процессов в защитных и инертных атмосферах;

- разрешает проведение технологических процессов, обеспечивающих получение материалов высокой чистоты.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВАКУУМЕ

Обшее понятие о вакууме

 

Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление. Вакууму обычно соответствует область давления ниже 10⁵ Па. Вакуумная техника - это прикладная наука, изучающая проблемы получения и поддержания вакуума, проведения вакуумных измерений, а также вопросы разработки, конструирования и применения вакуумных систем и их функциональ­ных элементов. Разреженные газы по своим свойствам практически не отличаются от идеальных. В технике вакуум создают с помощью вакуумных насо­сов различных принципов действия.

Интенсивность протекания физико-химических процессов в вакууме зависят от соотношения между числом столкновений молекул газа со стенками ограничивающего его сосуда и числом взаимных столкновений молекул, характеризующимся отношением средней длины λ свободного пути молекул к характерному линейному размеру d сосуда. Это отношение, называемое числом Кнудсена К _n, положено в основу условного разделения областей вакуума на следующие диапазоны: низкий, средний, высокий и сверхвысокий.

Степень вакуума в откачиваемых сосудах определяется равновесным давлением, устанавливающимся под действием противоположных процессов: откачки газа насосом и поступлением газа в рабочий объем вследствие натекания через неплотности, а также технологического газовыделения.

Низкий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул газа λ несоизмеримо меньше характерного линейного размера сосуда d, существенного для рассматриваемого процесса (λ < < d). Низкому вакууму соответствует область давлений от 10⁵ до 10² Па.

Средний вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул соизмерима с характерным линейным размером (λ ≈ d) Диапазону среднего вакуума соответствует область давлений от 10² до 10^-1 Па.

Высокий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул значительно превышает характерный ли­нейный размер (λ > > d). Высокому вакууму соответствует область давлений от 10^-1 до 10^-3 Па.

Сверхвысокий вакуум характеризуется давлением газа, при котором не происходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свободной от адсорбированного газа, за время протекания рабочего процесса. Сверхвысокому вакууму соответствует область давлений менее 10^-3 Па.

 

5.1. 3. Основные определения и понятия

 

Вакуум - это состояние газа или пара, характеризующееся давлением ниже 10⁵ Па. Вакуум остаточный выражается давлением разреженного газа и измеряется в паскалях.

Вакуумная система - это совокупность оборудования, приборов, аппара­тов, включая объект откачки (печь, прибор и т.д.) и систему откачки, обеспе­чивающая создание и поддержание разреженного давления, которое необ­ходимо для проведения данного технологического процесса. Вакуумная система электропечи состоит из вакуумной печи и системы откачки.

Вакуумная печь - герметизированная печь, в которой термический процесс проводится при давлении газа (пара) значительно ниже атмосферного, создаваемого с помощью вакуумного насоса (насосов). Конструкции вакуум­ных термических, промышленных и лабораторных печей рассмотрены в кн. 1 данного пособия [1]. К вакуумным иногда относят печи, работающие с за­щитной атмосферой, в которых вакуум создается перед заполнением их за­щитным газом. Благодаря этому достигается экономия защитного газа и со­кращается время процесса, так как отпадает необходимость в продувке печи для вытеснения воздуха

Система откачки - это совокупность устройств, предназначенных для создания и поддержания в вакуумной электропечи требуемого вакуума. В сис­тему откачки вакуумной печи входят вакуумные насосы, ловушки, фильтры, вакуумпроводы и вакуумная арматура

Рабочий вакуум электропечи характеризуется давлением, которое под­держивается в рабочем пространстве печи во время проведения заданного технологического процесса. Остаточный вакуум электропечи характеризуется давлением, которое создается в рабочем пространстве печи при ее откачке данной откачной системой при данном технологическом процессе

Предельный вакуум печи характеризуется наименьшим давлением, которое может быть достигнуто в рабочем объеме незагруженной печи при но­минальной температуре и данной откачной системе.

Предварительная откачка - откачка от атмосферного давления до давления, при котором начинают девствовать соответствующие насосы, имеющие большую скорость откачки.

Форвакуум - вакуум, создаваемый насосом более низкого вакуума при последовательной работе нескольких насосов.

Натекание - проникновение газа из окружающей среди внутрь объема, находящегося под вакуумом, включая объект откачки и все элементы ваку­умной системы.

Для каждого вещества существует такое критическое значение температуры, выше которого вещество может находиться только в газообразном состоянии и считается газом. Вещество в газообразном состоянии, но при температуре ниже критической, считается паром. Критические температуры некоторых веществ составляют для гелия -267, 8; водорода -241; азота -147; кислорода -118; воздуха -140; аргона -122; воды +365 °С [21, 22].

 

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться: