NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI KỸ THUẬT KHÔNG NGHỆ BỀ MẶT ■ ■ VÀ KỸ N G U Y Ễ N THỊ P H Ư Ơ N G M AI KỸ THUẬT CHÂN KHÔNG VÀ CÔNG NGHỆ BỂ MẶT N H À X U Ấ T B Ả N K H O A H Ọ C V À KỸ T H U Ậ T D m nói dầu .= = = = = ỹ thuật chân không ngày nay gắn liền với lĩnh vực cơ khí và công nghệ bể K mặt khi các ứng dụng đã trở ihành mội bước trong quy trình công nghệ gia công các chi tiết máy và sàn phẩm công nghiệp, bao gồm cà cơ khí chính xác và máy công cụ. Năng suất, chát lượng, hiệu quà kinh tế là những yếu tố mà sản xuất cơ khi luôn phấn đấu đê đạt được kết quà ngày càng tốt hơn; đặc biệt là khi trình độ sàn xuất được tự động hoá ớ mức cao và chai lượng sàn phẳm ngày càng hoàn hào, nhai là lĩnh vực quang - cơ điện từ. Cùng với đó là yêu cầu vể giảm kích thước sàn phăm với cùng chức năng kỹ thuật là những đòi hỏi cấp thiết có thế tìm thấy những gợi ỷ hữu ich khi người đọc xem cuốn sách này. Tiếp noi những cuốn giáo trình về VỘI lý và kỹ thuật chân không, để có tài liệu kịp thời phục vụ đào tạo và nghiên cứu vể lĩnh vực "Kỹ thuật chân không và công nghệ bề m ặt" trong lĩnh vực cơ khi.
cuốn xách này được biên soạn trên cơ sở các bài giàng đã thực hiện cho sinh viên và học viên cao học, các nghiên cứu và tài liệu về lĩnh vực này ở các nước tiên tiến trên thế giới. Tài liệu này cũng sừ dụng các kết quả đã được sù dụng trong công nghiệp trong và ngoài nước. Sách đươc sứ dunp. làm giáo trình cho sinh viên ngành kỹ thuật ca khi, chuyên ngành cơ khi chính xác vò quang học cũng như cho học viên thạc s ĩ ngành kỹ thuật ca khí, vừa có tính chuyên kháo cho những kỹ sư chuyên ngành khác quan tăm đến chế tạo chi tiết cơ khí trong điều kiện chính xác và ít ánh hưởng cùa môi trường như các công nghệ trong chế lạo linh kiện điện tủ, công nghệ vật liệu.
Cuốn sách cũng sẽ hữu ích cho các sinh viên, học viên các chuyên ngành trong kỹ thuật cơ khí, máy hoá, dầu khí, vật lý kỹ thuật, vật liệu. trong các trường đại học kỹ thuật, các cán bộ kỹ thuật kỹ sư hoại động trong lĩnh vục liên quan, các kỹ thuậl viên vận hành thiết bị trực tiếp. Nội dung cuốn sách trình bày về dòng chày khi loãng, hiện tượng vật lý, hoá học kết hợp với công nghệ chân không, sàn xuất và đo chân không cao, kín khi và kỹ thuật phát hiện rò ri. Người đọc cũng tìm thấy sự dẫn giài từ các phương trình lý thuyêt, phương thức điểu chinh các yếu 10 tinh hường, ví dụ bằng so, bàng biếu, đo thị và các ứng dụng thực tế trong công nghiệp.
D KỸ THUẬT CHÂN KHÔNG VÀ CỒN G NGHỆ BỂ MẠT Cuốn sách hao gồm tính toán ¡hiél ké hệ chân khônỊỊ cùnỊỊ cóng nghệ ché tạo màng móng quang học và lớp phũ hể mặt. Nỏ cung cấp một đánh giá rộng rãi cúc cõng nghệ mới nhất trong lĩnh vực này: Kỹ thuật chế tạo lớp phu hằng phương pháp vật lý và lắng đọng hoá học từ pha hơi. Các linh chất cơ, hoá học cũng như thuộc lính ma sát của lớp phú và kỹ thuật kiêm tra đánh giá phưtrnỊĩ thúc nânịỉ C(I<> chal ¡mạng lớp phù theo yêu cầu kỹ thuật. Các Irường hợp khác nhan được xem xéI đo chứng minh sự cai thiện chất lượng chi tiết máy và cung cấp hưtrrìịỉ dan đê lựu chọn h'rp phu.
Cuốn sách này phù hợp cho giáng dạy. đồng thời cung cấp sự phong phú cua lô chức dữ liệu với mong muốn là một lùi liệu hữu ich cho cúc kỹ sư. Trong quá trinh hoàn thành ban ihcio. được sự ỊỊÍúp đỡ vù góp ý cua các đórtịỉ nghiệp, lác giá xin chán thành cám ơn sự giúp đ ỡ quý him đó.
Chăc chăn tíù liệu còn nhiều thiếu SÓI. rất mong sự góp ỷ cua bạn đọc và các đong nghiệp Tác giã B M Ở » Ẩ IỈ § 0. CHÂN KHÔNG Chân không xuất xứ từ chữ Vacuum trong tiếng I.atinh nghĩa là trống rỗng. Tuy vậy ớ áp suât thâp nhât mà phương pháp bơm hiện đại nhât tạo được hiện nay vần còn hàng trăm phân tư trong 1 c m ' cua khoang không tuyệt đồi đó.
Chăn k h ô n g là khái niệm chi khoáng không mà chât khi còn lại trong đó có áp suất thấp hơn áp suất khi quyến, nghĩa là mật độ các phân tử khi thấp hơn 2.10|l> phân từ/cm 3. Ngày nay chân không được chia thành 18 mức áp suất khác nhau theo mật độ. kê từ áp suất chuẩn là áp suất không khi. Giới hạn thấp nhất cua áp suất càng ngày càng thấp hơn, bới vì kỹ thuật chân không chế tạo ra nhũng loại bơm tốt hơn và kỹ thuật đo ngày càng chính xác hơn.
Chân không nhân tạo P h ú n g t a C1 t r ê n t r á i í l â r o h â n k h ô n g c h i c ó th ê t ạ o đ i r t t c h ă n g c á c h h ív m t i r m ộ t b ì n h kín; độ chân không tăng do áp suất trong bình giam xuống dưới áp suất khí quyến. Thực chất, mỗi mức chân không tương ứng với một trạng thái vật lý; đê mò tả các trạng thái này, người ta đưa ra các khái niệm về mật độ phân tứ, quãng đường tự do trung bình, thời gian đê hình thành 1 lớp. cũng như các van đề liên quan đến áp suât, dạng khí và nhiệt độ. ■ Mật độ phân tư là số phân từ trung binh trong một đơn vị thề tích.
■ Quăng đường lự do trung hình là khoang cách trung binh mà một phân tứ có thê dịch chuyển tronjỊ chất khi giữa 2 va chạm đàn hồi với các phân tứ khác trong khí đó. ■ Thời gian đế hình thành 1 lớp là thời gian cần thiết đề một bề mặt sạch được phú hoàn toàn bới một lớp có chiều dày 1 phãn tứ: Thời gian này được tính bang tỳ số giữa số các phân tir cần thiết đề hình thành một lớp hoàn chinh (Khoáng 8 X 1014 phàn tứ/cm2) và tốc độ ngưng tụ cua phân tứ (lẻn bề mật). KỸ THUẬT CHÂN KHÔNG VA CÔNG NGHỆ BÊ MẠT 'lphu: •10phu: ■láme ■l On ẽ n í •1naỊv •1nĩin •l thina 'c -2 £ ^ ' -Í '-10 ' ' -C -14 910 10 10 10 lơ 10 10 10 10 Ap$uãt(Torr'í Hlnh 0. Mói quan hệ của một số khài niệm xác định độ chảrt không p n <p Á T Torr phản từ/cm3 phản tiWcm!.gìảy cm giẵy 760 2.
Giá trị của mật độ phân tử n, tỷ lệ va chạm phàn tù 0, quăng đường tự do trung bình Á và thời gian đé hình thảnh một lớp Tphụ thuộc vào áp suát p của không khl ở 2&C 0 Á T Khi phản từ/cm2.giây cm giây h2 14. Già trị cùa 0. Á và r cho các khi khác nhau ở 25°c và 10J Torr M ở ĐẨU B Thông thường để phân loại độ chân không người ta đo áp suất tuyệt đối cùa hệ thống và chia thành các vùng áp suất thấp, trung bình, cao và rất cao tương ứng với các mức độ áp suất thấp và rất thấp. Với mỗi mức chân không khác nhau, người ta dùng một loại bơm riêng và cách đo độ chân không cũng khác nhau.
■ Chân không thấp (và trung bình): Từ áp suất không khi đến 10 2 Torr. Số phản từ cùa pha khí lớn so với số phân tứ phú lẽn hề mặt, ớ mức này bơm trực tiếp các phân tử ra khỏi pha khí. * Chán không cao: Từ áp suất 10 3 đến 10 7 Torr. Các phân tử khí định xứ trên bề mặt, quãng đường tự do trung bình bàng hoặc lớn hơn kích thước của buồng chân không, ơ mức này, ngoài rút khí bang bơm còn ứng dụng hiện tượng hấp phụ và bắt khí đi theo dòng chày phân tử cùa bơm.
■ Chán không rất cao: Từ áp suất 10 7 đến 10 1,1 Torr. Thời gian hình thành 1 lớp bàng hoặc lâu hơn thời gian thông thường đối với các phép đo thi nghiệm, bề mặt "sạch" được chuấn bị trong môi trường như vậy và các tính chất cúa bề mặt sạch có thể được khảo sát kỹ lưỡng khi quan sát theo từng lớp đom phân tứ. Chân không trong tự nhiên Không có chân không tự nhiên trên trái đất, chi có chân không nhân tạo. Chân không trong không gian: Áp suất 760 mmHg là áp suất khí quyền tại mặt nước biến,áp suất giảm theo độ cao, áp suất giám 10 lần khi lên cao 15 km, ở độ cao 90 km áp suất khoáng 10 3 Torr, ờ độ cao lớn hơn đã là chân không, chân không giảm 10 lân khi tăng độ cao thêm 100 - 200 km.
độ chân không là 10 10 Torr, ờ khoảng cách xa độ chân không tăng chậm hơn, khi ờ độ cao 10.000 km độ chân không là 10“13 Torr. CÁC ỨNG DỤNG VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA KỸ THUẬT CHÂN KHÔNG Phân loại các ứng dụng cùa kỹ thuật và công nghệ chân không theo trạng thái vật lý: Sự chênh lệch áp suất do quá trình rút khí có thế tạo ra áp suất đến 1 kg/cm2; các lực này thường dùng đê giữ. nâng các vật rán, để chuyền các chất rán hoặc lóng và đúc các vật. KỸ THUẬT CHÂN KHỔNG VÀ CỞNG NGHỆ BÊ MAT Trạng thái vật lý Đối tượng ứng dụng Giữ, nâng, Ap suắt đạt được Ap suất thấp Vận chuyển (khi nén, lám sạch, lọc) khác nhau Khuỗn mẫu Đèn (dây tóc, huỳnh quang, ống phóng điện) Làm nóng chày, thiêu kết Thay đổi thành phần Đóng gói cấu thánh không khí Đóng nang thuốc, phát hiện dò khi Mật độ phàn tử Thay đối khí hút hoặc Làm khô, tách nước, ly tâm, làm khố lạnh, tách khi, thắp khi hoà tan luyện dung mỗi, tầm sáy trong chân khống, Giảm quá trinh truyền Cách nhiệt năng lượng Cách điện Cân vi lượng chân không Mô phỏng không gian Ông phóng điện tử, ống tia catốt, đèn hình, tế bào quang điện, bộ nhân quang điện, ống phóng tia X, Quãng dường tự máy gia tốc, bộ nhớ vòng, phổ kế khối lượng, bộ Chống va chạm do trung bình lớn tách đồng vị, kinh hiển vi điện tử, hàn bằng chùm điện tử, chế tạo màng mỏng(bốc bay nhiệt, phún xạ), chưng cất phân từ Thời gian hình Nghiên cứu: Mài món, dinh bám, phát xạ.