23
Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева Моделирование механизма термического испарения многокомпонентных растворов в динамическом испарителе.

Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева

  • Upload
    flint

  • View
    74

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева. Моделирование механизма термического испарения многокомпонентных растворов в динамическом испарителе. Тонкие плёнки впервые были получены Фарадеем в 1857г. Далее тонкие плёнки применялись для - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева

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

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

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

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

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

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

Конструкции используемых Конструкции используемых испарителей. испарителей.

Page 8: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева

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

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

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

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

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

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

Запишем уравнения теплового баланса.

Для спирали:

Для тигля:

Для испаряемого вещества:

Page 15: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева

Вид кривых нагревания элементов испарителя.

Тматериала

ТтигляТспирали

Page 16: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева

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

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

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

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

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

Уравнение движения примет вид:

Введём коэффициент:

Page 22: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева

Результаты численного решение уравнения движения.

Page 23: Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева

Регулировка параметров испарения с помощью изменения

крышки.Стехиометрический состав газа

внутри испарителя.Масса вырывающихся газов.Скорость вырывающихся газов.Направление распространения

вырывающихся газов.