CC BY
13
УДК 541.183
О ЧИСТОТЕ ПОВЕРХНОСТИ ПРИБОРОВ, ОТПАЯННЫХ ОТ НАСОСОВ
© 2004г. Н.С. Пономаренко, Х.Х. Калажоков, З.Х. Калажоков, Х.Б. Хоконов
Effect of a residual gas (RG) in the measured camera on a cleanness of the liquid metals’ surfaces has been considered in the Lengmure’s adsorption model.
Исследователи, стремясь проводить определение поверхностного натяжения (ПН) в условиях равновесия жидкого металла с собственным паром, отсекают измерительную камеру от откачивающих устройств [1]. При этом опыты проводятся при относительно высоких температурах (Т > Тгп. где ТП1 -температура плавления металла) в течение продолжительного времени (5-НО ч). В этих условиях давление газовой фазы в камере повышается в зависимости от времени прогрева р = p(t) и может достигать значения 1(Г3-Н(Г2 Па [2]. Если образовать в такой камере свежую поверхность металла, то газовая фаза будет взаимодействовать с поверхностью металла, изменяя ее свойства, что может быть одной из причин значительных разбросов значений ПН, отмечавшихся в [3].
Для описания процесса взаимодействия газовой фазы с поверхностью металла воспользуемся уравнением [4]
где т- время жизни молекул по Френкелю; Б0- начальная вероятность прилипания молекул к поверхности; Ь - постоянная Ленгмюра, зависящая от температуры Т и теплоты адсорбции <2; 0(1) - функция, описывающая изменение коэффициента заполнения поверхности со временем; р - давление ОГ; I -время адсорбции.
В отсеченной от насоса камере (после образования свежей поверхности из-за сорбции газа поверхностью) давление ОГ будет меняться по закону
где р0 - начальное давление ГФ; Д',д - концентрация адсорбционных центров поверхности; А0 - площадь образованной поверхности; Д'() - общее количество молекул в камере в момент образования чистой поверхности.
Подставив (2) в (1), получим:
г—— = S0bp(l - 0(t)) -<9(0 , at
(1)
m,
\
j
(2)
* dd
y02(t)~ 1 + y +
------- 0(0 +1,
Sobpo)
(3)
где тр = т/ 80Ьр0; у = - коэффициент сорбции.
Можно показать, что для реальных систем газовая фаза-поверхность металла всегда (1 + у + \/8,/)р„) > 4у. Тогда, полагая, что при / = 0 и в = 0, решение (3) для вф будет иметь вид
( ( ?1 К ( л 1
6(1:) = 2 1 - ехр - — / р ехр - — - а , (4)
V тр))1 У К тр)
где а=Ь* -у/ь*2 -4/ ; /5 =Ъ* +^/й*2 -4/ ; Ь* =-(1 +у+ 1/80Ьр0). Характерное время релаксации данной системы газовая фаза-поверхность будет
определено выражением
Тр=Т
S0bp0
b -4 у
(5)
Нами сделан сравнительный анализ решений (1) при р = р0 (насосы работают [4]), и меняющемся давлении p=p(t) (насосы отсечены). Расчеты проводили для системы олово-кислород при начальном давлении р0 = 10" 2 Па, теплоте адсорбции Q = 90 кДж/моль, температуре Т = 525 К, в объеме камеры V = 1 л, А0 = 1см2 и ,S'(, = 1. В первом случае при (р = р0) результаты расчета равновесных ds показывают, что Os = 0,6 и поверхность покрывается практически мгновенно за 0,2 с. А во втором случае (р = p(t)), в отпаянных камерах, давление ОГ меняется по (2), и величина ds зависит от порядкового номера п образованной поверхности. Полагается, что производится последовательное выдавливание нескольких одинаковых капель металла с поверхностью . l,j. С увеличением порядкового номера образования капли п коэффициент покрытия поверхности ds уменьшается и при п = 7 становится пренебрежимо малым ~ 0,017.
Таким образом, свежеобразованная поверхность металла быстро покрывается значительным слоем молекул ОГ при р = р0. В отпаянных приборах при р = p(t) степень покрытия поверхности (ее чистота) зависит от порядкового номера образованной капли, что может быть причиной разброса данных по ПН чистых металлов [3]. Чтобы получить практически чистую поверхность в отпаянных приборах даже при высоких температурах, необходимо быстро образовать 5-7 капель. Поверхность последней капли будет достаточно чистой.
Литература
1. ХоконовХ.Б. и др. И Заводская лаборатория. 1974. Т. 40. Вып. 5. С. 558-559.
2. Уэстон Дж. Техника сверхвысокого вакуума. М., 1988.
3. Калажоков З.Х., КалажоковXX. II Металлы. 2000. № 4. С. 21-22.
4. Калажоков З.Х., Калажоков Х.Х., Хоконов Х.Б. // Физика межфазных явлений и процессов взаимодействия потоков частиц с твердыми телами. Нальчик, 1998. С. 78-81.
Кабардино-Балкарский государственный университет 9 марта 2004 г.
