Самарский Государственный Аэрокосмический...
description
Transcript of Самарский Государственный Аэрокосмический...
![Page 1: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/1.jpg)
Самарский Государственный Аэрокосмический Университетимени академика С.П. Королева
Моделирование механизма
термического испарения
многокомпонентных растворов в
динамическом испарителе.
![Page 2: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/2.jpg)
Тонкие плёнки впервые Тонкие плёнки впервые были получены были получены Фарадеем в 1857г.Фарадеем в 1857г.
Далее тонкие плёнки применялись для физических исследований, и только с
совершенствованием вакуумного оборудования стало возможно
промышленное производство.
![Page 3: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/3.jpg)
Например: Например: просветляющие покрытия, просветляющие покрытия, зеркала, зеркала,
интерференционные фильтры, интерференционные фильтры, электроннолучевые трубкиэлектроннолучевые трубки
и в производстве микроэлектроники, и в производстве микроэлектроники, наноэлектроники, нанопокрытий и
нанокристаллографии..
В наше время тонкие плёнки получили широкое распространение во многих отраслях.
![Page 4: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/4.jpg)
Технология напыления Технология напыления тонких плёнок.тонких плёнок.
Три основных этапа:Три основных этапа: Испарение Испарение
веществавещества Перемещение Перемещение
веществавещества Конденсирование Конденсирование
паров паров
веществавещества
![Page 5: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/5.jpg)
Испарение веществ и Испарение веществ и соединений и сплавов.соединений и сплавов.
Основная проблема:Основная проблема: Достижение однородных, Достижение однородных,
точных по составу, при точных по составу, при этом равномерных по этом равномерных по толщине тонких плёнок. толщине тонких плёнок.
![Page 6: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/6.jpg)
Основные требования к Основные требования к материалу испарителя.материалу испарителя.
незначительное (минимально незначительное (минимально возможное) давление возможное) давление насыщенного пара при рабочей насыщенного пара при рабочей температуре;температуре;
инертность по отношению к инертность по отношению к испаряемому материалу;испаряемому материалу;
обеспечение возможности обеспечение возможности изготовления различных изготовления различных конструкцииконструкции испарителей. испарителей.
![Page 7: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/7.jpg)
Конструкции используемых Конструкции используемых испарителей. испарителей.
![Page 8: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/8.jpg)
Предлагается Предлагается принципиально новая принципиально новая
конструкция конструкция динамического динамического
испарителя испарителя многокомпонентных многокомпонентных
растворов.растворов.
![Page 9: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/9.jpg)
Динамический испаритель.
1
2 3
4
1.Нагревательный элемент2.Крышка испарителя3.Корпус испарителя4.Испаряемое вещество
![Page 10: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/10.jpg)
Условно работу испарителя можно
разделить на три этапа:
Нагревание.Испарение вещества.Колебательные движения крышки
испарителя.
![Page 11: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/11.jpg)
НАГРЕВАНИЕТеплопередача от нагревательного
элемента.Теплопередача осуществляется по
средством: Теплопроводности Теплового излучения Конвекция исключена, так как процесс происходит в
вакууме.
![Page 12: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/12.jpg)
Теплопроводность.
Закон теплопроводности Фурье.
ГдеX – коэффициент теплопроводности материала тигля.S’ – площадь поверхности соприкосновения нагревательной спирали и тигля.
![Page 13: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/13.jpg)
Тепловое излучение.Закон Стефана Больцмана
Гдеσ=5.6704*10-8 Вт/м2К4 константа больцмана.
T – температура нагревательного элемента.
ГдеS’’ – площадь поверхности нагревательного элемента.β – угол направления теплового излучения, направленного на испаритель.
![Page 14: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/14.jpg)
Запишем уравнения теплового баланса.
Для спирали:
Для тигля:
Для испаряемого вещества:
![Page 15: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/15.jpg)
Вид кривых нагревания элементов испарителя.
Тматериала
ТтигляТспирали
![Page 16: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/16.jpg)
Испарение вещества.Зависимость давления паров от температуры в общем виде описывается уравнением: Lgp=AT-1+BlgT+CT+DT2+E
Справочник оператора по нанесению в вакууме/А.И.Костржицкий, В.Ф.Карпов, М.П.Кабанченко и др. – М.:Машиностроение, 1991. –176с.
Где A, B, C, D, E – константы, характерные для данного вещества.
При практических расчётах обычно ограничиваются коэффициентами A, B, E. Уравнение для атомов Cd и S имеет вид:
Lgp=-17800*T-1+8.77lgT-10.02,Lgp=-16600*T-1+8.35lgT-9.44
Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. – М.: АН СССР, 1961. – 396 с.
![Page 17: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/17.jpg)
Скорость испарения.Скорость испарения Vи, г/(см2с), всех веществ определяется давлением насыщенных паров p, мм рт. Ст., при температуре испарения Tи, испарения и молекулярной массой M вещества:
Технология тонких плёнок справочник, под редакцией Л.Майселла, Р.Гленга. Перевод с английского под редакцией М.И. Елинсона, Г.Г. Смолко. – Москва «Советское радио» 1977.–664с.
![Page 18: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/18.jpg)
Масса газов в испарителе.
Где S’– площадь поверхности испарения.t’– время испарения , в случае для нашего испарителя t’=T(c)/2 (половина периода).
![Page 19: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/19.jpg)
Зависимость силы давления от
координаты крышки.
S*=π*x2*tg2α
R=x*tgα
Зависимость эффективной площади давленияот координаты:
0 < R <Rиспарителяα
Rx
![Page 20: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/20.jpg)
Уравнения движения
Запишем, согласно II закону Ньютона, силы действующие на
крышку.
Учитывая зависимость силы давления от координаты получим:
Давление газа действующее на крышку можно выразить из формулы:
![Page 21: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/21.jpg)
Уравнение движения примет вид:
Введём коэффициент:
![Page 22: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/22.jpg)
Результаты численного решение уравнения движения.
![Page 23: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081503/56815170550346895dbfa623/html5/thumbnails/23.jpg)
Регулировка параметров испарения с помощью изменения
крышки.Стехиометрический состав газа
внутри испарителя.Масса вырывающихся газов.Скорость вырывающихся газов.Направление распространения
вырывающихся газов.