Berechnung der Verdunstungsrate. Was ist Verdunstung und wie entsteht sie? Verbindung mit einer Person

In der modernen Produktion werden häufig Geräte mit offener Verdunstungsfläche eingesetzt, dazu gehören Bäder zum Tauchlackieren, Bäder zum Imprägnieren von Stoffen, Papier mit Harzen, Bäder zum Waschen und Entfetten von Teilen mit Lösungsmitteln, eine offene Verdunstungsfläche für den Notfall Verschütten brennbarer Flüssigkeiten oder Gase.

Diese Geräte sind die gefährlichsten, weil... Auch während des normalen Betriebs können große Mengen brennbarer Dämpfe in den Luftraum der Produktionsräume gelangen.

Über der Oberfläche eines solchen Geräts entsteht eine brennbare Konzentration eines Gemisches aus Dämpfen und Luft, wenn die Temperatur der Flüssigkeit steigt T über dem Flammpunkt seines Dampfes:

T≥T vsp

Zur praktischen Anwendung dieser Bedingung dient der Zahlenwert T durch das Projekt oder technische Vorschriften bestimmt, T vsp aus dem Verzeichnis ermittelt.

Die Menge der von der freien Oberfläche verdunstenden Flüssigkeit hängt von den physikalischen Eigenschaften dieser Flüssigkeit, den Temperaturbedingungen, der Verdunstungsfläche und -zeit sowie der Luftmobilität ab.

Man unterscheidet zwischen der Verdampfung in ein ruhendes und bewegtes Medium.

Die treibende Kraft des Prozesses bei Verdunstung V Das stationäre Medium wird molekulare Diffusion sein.

Wenn Dämpfe in eine stationäre Umgebung verdampfen, ist ihre Ausbreitung im Produktionsraum schwierig. Von praktischem Interesse ist das Gesetz der Änderungen der Dampfkonzentration mit der Höhe über der Oberfläche der verdampfenden Flüssigkeit, den möglichen Abmessungen der explosionsgefährdeten Zone und der Menge der verdampfenden Flüssigkeit.

Das von Dalton entdeckte Grundgesetz der statischen Verdampfung besagt, dass die Dampfmenge einer verdampften Flüssigkeit pro Zeiteinheit proportional zur Fläche des Verdampfungsspiegels, dem Diffusionskoeffizienten, ist D und der Druckdifferenz des gesättigten Dampfes R S Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Dampfdruck in Luft R G .

Das Verhältnis des Dampfdrucks einer Flüssigkeit in der Luft zu einem bestimmten Zeitpunkt zum maximalen Sättigungsdampfdruck bei einer bestimmten Temperatur wird als Sättigungsgrad bezeichnet φ , d.h.

φ= P G / R S oderR G = φ Р S

Bei der Lösung praktischer Probleme wird üblicherweise die Verdunstungsgeschwindigkeit und anschließend die verdunstete Flüssigkeitsmenge ermittelt.

Für praktische Berechnungen ist es wichtig, die durchschnittliche Konzentration brennbarer Dämpfe in der Dampf-Luft-Zone zu kennen.

Die Verdunstungsrate ist das Volumen des Flüssigkeitsdampfes V verdampft von der freien Oberfläche in 1 Sekunde.

Die Verdunstungsgeschwindigkeit hängt von der Form des Gefäßes ab, in dem sich die Flüssigkeit befindet, und von der Höhe, in der die Flüssigkeit gegossen wird.

Die Verdampfung in ein bewegtes Medium wird durch die Gesetze des Stofftransports bestimmt .

Zur Berechnung der in das bewegte Medium verdampften Dampfmenge werden in der Praxis empirische Abhängigkeiten herangezogen.

Die Intensität der Verdunstung in ein bewegtes Medium wird durch die Abhängigkeit bestimmt:

Wo: -Verdampfungsintensität in ein sich bewegendes Medium, kg s -1 ;

- Geschwindigkeit der Luftbewegung über der Verdunstungsoberfläche, m s -1;

- Sättigungsdampfdruck bei der Auslegungstemperatur der Flüssigkeit, Pa;

- Molmasse, kg kmol -1;

- Verdunstungsfläche, m2.

1. Ausgangsdaten.

1.1. Lagerraum für Aceton. Im Raum lagern zehn Fässer Aceton mit einem Volumen von V a = 80 l = 0,08 m 3. Abmessungen des Raumes L´S´H = 12´6´6 m. Volumen des Raumes V P = 432 m 3. Freies Raumvolumen V st = 0,8 × 432 = 345,6 m 3. Raumfläche F = 72 m2.

1.2. Molmasse von Aceton M = 58,08 kg∙kmol - 1. Antoines Gleichungskonstanten: A= 6,37551; B = 1281,721; CA = 237,088. Die chemische Formel von Aceton lautet C 3 H 6 O. Die Dichte von Aceton (flüssig) r w = 790,8 kg × m – 3. Flammpunkt von Aceton tfsp = -18 0 C.

Bei der Ermittlung des Überdrucks einer Explosion werden als Bemessungsvariante des Unfalls die Druckentlastung eines Fasses und das Austreten von Aceton auf den Raumboden angenommen, basierend auf der Berechnung, dass 1 Liter Aceton auf 1 m 2 verschüttet wird des Bodens des Raumes. Als Auslegungstemperatur wird die absolute Lufttemperatur gemäß SNiP 2.01.01-82 im gegebenen Gebiet (Murmansk) t р = 32 0 С angenommen.

3. Wir ermitteln die Parameter der Explosions- und Brandgefahr anhand des „Handbuchs“.

3.1. Nach Formel (A.2) wird der Wert der Acetondampfdichte bei der Auslegungstemperatur t p = 32 0 C kg×m - 3 ermittelt.

3.2. Laut „Handbuch“ wird der Wert des Sättigungsdampfdrucks von Aceton zu PH = 40,95 kPa bestimmt (logP H = 6,37551 – = 1,612306, woraus der berechnete Wert PH = 40,95 kPa).

3.3. Nach Formel (A.13) ermitteln wir den Wert der Intensität der Acetonverdunstung W = 10 - 6 × × 40,95 = 3,1208 × 10 - 4 kg × m - 2. s - 1 .

4. Die geschätzte Austrittsfläche des Inhalts eines Fasses Aceton beträgt:

F I = 1,0 × V a = 1,0 × 80 = 80 m 2.

Da die Raumfläche F = 72 m 2 kleiner ist als die berechnete Fläche der Acetonverschüttung F I = 80 m 2, akzeptieren wir schließlich F I = F = 72 m 2.

5. Die Masse des in den Raum eintretenden Acetondampfes m wird nach Formel (A.12) berechnet:

m = 3,1208 × 10 - 4 × 72 × 3600 = 80,891 kg.

In diesem Fall verdunstet nur die aus dem Fass verschüttete Acetonmasse und m = m P = V a ∙r w = 0,08∙790,8 = 63,264 kg.

6. Übermäßiger Explosionsdruck DP gemäß Formel (20) „Zulagen“ beträgt:

DP = 959,3 × = 75,7 kPa.

8. Der berechnete Explosionsüberdruck übersteigt 5 kPa, daher gehört der Aceton-Lagerraum zur Kategorie A.

1. Ausgangsdaten.

1.1. Die Räumlichkeiten des Zwischenkraftstofftanks eines Backup-Dieselkraftwerks mit einheitlichem Grundriss. Im Raum befindet sich ein Kraftstofftank mit Dieselkraftstoff der Klasse „Z“ (GOST 305-82) mit einem Volumen V a = 6,3 m 3. Raumabmessungen L´S´H = 4,0´4,0´3,6 m. Raumvolumen V P = 57,6 m 3. Freies Raumvolumen V SV = 0,8 × 57,6 = 46,08 m 3. Raumfläche F = 16 m3. Die Gesamtlänge von Rohrleitungen mit einem Durchmesser d 1 = 57 mm = 0,057 m (r 1 = 0,0285 m), begrenzt durch Ventile (manuell), die am Einlass- und Auslassabschnitt der Rohrleitungen installiert sind, beträgt L 1 = 10 m. Dieselkraftstoff Verbrauch in den Rohrleitungen q = 1,5 l × s – 1 = 0,0015 m 3 × s – 1.

1.2. Die Molmasse der Dieselkraftstoffsorte „Z“ M = 172,3 kg∙kmol - 1. Bruttoformel C 12,343 H 12,889. Die Dichte der Flüssigkeit bei einer Temperatur t = 25 0 C r l = 804 kg∙m - 3. Antoines Gleichungskonstanten: A = 5,07828; B = 1255,73; C A =199,523. Flammpunkt tfsp > 40 0 ​​​​C. Verbrennungswärme Н Т = = 4,359∙10 7 J∙kg - 1 = 43,59 MJ∙kg - 1 . Untere Konzentrationsgrenze der Flammenausbreitung C UEG = 0,6 % (Vol.).

2. Begründung der Auslegungsversion des Unfalls.

Bei der Ermittlung des Überdrucks einer Explosion werden als Bemessungsvariante des Unfalls die Druckentlastung des Kraftstofftanks und die Freisetzung von Dieselkraftstoff-Zulauf- und -Ablaufleitungen in das Raumvolumen zugrunde gelegt. Als Auslegungstemperatur wird die maximale absolute Lufttemperatur gemäß SNiP 2.01.01-82 in diesem Gebiet (Blagoweschtschensk) t p = 41 0 C angenommen. Die Dampfdichte von Dieselkraftstoff bei t p = 41 0 C kg∙m - 3. Geschätzte Abschaltzeit der Rohrleitung gemäß Abschnitt A.1.2 T a = 300 s, Verdampfungsdauer gemäß Abschnitt A.1.2 e) T = 3600 s.

3. Das Volumen V und die Austrittsfläche F des während des Auslegungsunfalls aufgenommenen Dieselkraftstoffs werden gemäß den Bestimmungen von Abschnitt A.1.2 bestimmt:

V l = V a + q × T a + p × r 1 2 × L 1 =6,3+0,0015 × 300+3,14 × 0,0285 2 × 10=6,776 m 3 =6776 l,

F I = 1,0 × 6776 = 6776 m2.

Da die Fläche des Raumes F = 16 m 2 kleiner ist als die berechnete Fläche des ausgelaufenen Dieselkraftstoffs F i = 6776 m 2, akzeptieren wir schließlich F I = F = 16 m 2.

4. Bestimmen Sie den Druck Pn des gesättigten Dieselkraftstoffdampfes bei der Auslegungstemperatur tp = 41 0 C:

lgP H = 5,07828 - ,

pH = 0,72 kPa.

5. Die Verdampfungsrate W von Dieselkraftstoff beträgt:

W = 10 – 6 × 1,0 × × 0,72 = 9,45 × 10 – 6 kg × m – 2 × s – 1.

6. Die Masse des Dieselkraftstoffdampfes m, der in den Raum gelangt, ist gleich:

m = 9,45 × 10 - 6 ×16∙3600 = 0,5443 kg.

7. Wir bestimmen den Koeffizienten Z der Beteiligung von Dieselkraftstoffdämpfen an der Explosion gemäß Anhang D.

7.1. Die durchschnittliche Konzentration von Dieselkraftstoffdampf in Innenräumen beträgt:

C SR = 0,18 % (Vol.).

C SR = 0,18 % (Vol.)<0,5×С НКПР = 0,5 × 0,6 = 0,3% (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z участия паров дизельного топлива во взрыве расчетным методом.

CH = 100 × = 0,71 % (Vol.).

7.3. Der Wert der stöchiometrischen Konzentration CCT von Dieselkraftstoffdampf gemäß Formel (A.3), basierend auf der Bruttochemikalienformel von Dieselkraftstoff, beträgt:

b = 12,343 + = 18,32,

Mit ST = 1,12 % (Vol.).

7.4. Der Wert des Parameters C* ist gleich:

C* = 1,19 × 1,12 = 2,13 % (Vol.).

7.5. Da CH = 0,71 %< С* = 2,13% (об.), то рассчитываем значение параметра Х:

7.6. Gemäß dem Nomogramm von Abbildung D.1 (Absatz D.4) von Anhang D bestimmen wir mit einem Wert von X = 0,33 den Wert des Beteiligungskoeffizienten von Dieselkraftstoffdämpfen an der Explosion Z = 0.

8. Übermäßiger Explosionsdruck DP gemäß Formel (A.2.1) beträgt:

DP = (900-101) × = 0 kPa.

9. Der berechnete Explosionsüberdruck überschreitet nicht 5 kPa. Der Raum des Zwischenbrennstofftanks eines Backup-Dieselkraftwerks mit einheitlichem Grundriss gehört nicht zu den Kategorien A oder B. Gemäß Abschnitt 5.2 und Tabelle 1 prüfen wir, ob der Raum zu den Kategorien B1-B4 gehört.

10. Gemäß Abschnitt B.2 ermitteln wir die Brandlast Q und die spezifische Brandlast g:

G = V f × r f = 6,776 × 804 = 5448 kg,

Q = G × = 5448 × 43,59 = 237478 MJ,

S = F = 16 m 2,

g = MJ × m - 2.

11. Spezifische Brandlast mehr als 2200 MJ × m - 2. Der Raum des Zwischenbrennstofftanks eines Backup-Dieselkraftwerks mit einheitlichem Aufbau gemäß Tabelle B.1 gehört zur Kategorie B1.

1.1. Ausgangsdaten.

1.1. Der Trocken- und Imprägnierraum der Elektromaschinenwerkstatt. Im Raum befinden sich zwei Tanks zum Beschichten von Polspulen mit BT-99-Lack im Tauchverfahren mit Einlass- und Auslassleitungen. Abmessungen des Raumes L´S´H = 32´10´8 m. Volumen des Raumes V p = 2560 m 3. Das freie Raumvolumen V SV = 0,8 × 2560 = 2048 m 3. Raumfläche F = 320 m2. Das Volumen jedes Tanks beträgt V ap = 0,5 m 3 . Der Füllungsgrad des Tanks mit Lack beträgt e = 0,9. Das Lackvolumen im Tank beträgt V a = e × V ap = 0,9 × 0,5 = 0,45 m 3. Die Länge und der Durchmesser der Versorgungsleitung (Druckleitung) zwischen Tank und Pumpe betragen L 1 = 10 m bzw. d 1 = 25 mm = 0,025 m. Die Länge und der Durchmesser der Auslassleitung zwischen Ventil und Tank betragen L 2 = 10 m bzw. d 2 = 40 mm = 0,04 m. Pumpenkapazität q = 6,5∙10 - 5 m 3 ×s - 1. Pumpenabschaltzeit T a = 300 s. In jeden Tank werden jeweils 10 Stück abwechselnd geladen und entladen. Polspulen im Korb platziert. Der offene Verdunstungsspiegel jedes Tanks hat eine Kapazität von F = 1,54 m 2 . Gesamtfläche 10 Stk. frisch gestrichene Polspulen F hell okr = 6,28 m 2.

1.2. Der Lack BT-99 (GOST 8017-74) enthält 46 % (Gew.) Xylol und 2 % (Gew.) Testbenzin in Form von Lösungsmitteln. Die Gesamtmasse der Lösungsmittel enthält j 1 = 95,83 % (Gew.) Xylol und j 2 = 4,17 % (Gew.) Testbenzin. Dichte des Lacks BT-99 r w = 953 kg × m - 3. Molmasse von Xylol M = 106,17 kg × kmol – 1, Testbenzin M = 147,3 kg × kmol – 1. Die chemische Formel von Xylol lautet C 8 H 10, Testbenzin lautet C 10,5 H 21,0. Dichte der Xylolflüssigkeit r = 855 kg × m – 3, Testbenzin r = 760 kg × m – 3. Flammpunkt von Xylol tfsp =29 0 C, Testbenzin tfsp =33 0 C. Untere Konzentrationsgrenze der Flammenausbreitung von Xylol C LEL = 1,1 % (Vol.), Testbenzin C LEL = 0,7 % (Vol. .). Verbrennungswärme von Xylol Н Т =Q =43154 kJ × kg – 1 =43,15 MJ × kg – 1, Testbenzin Н Т = =43966 kJ × kg – 1 =43,97 MJ × kg – 1 . Antoines Gleichungskonstanten für Xylol A=6,17972; B=1478,16; C A =220,535; für Testbenzin A=7,13623; B=2218,3; CA = 273,15.

2. Begründung der Auslegungsversion des Unfalls.

Bei der Bestimmung des Überdrucks einer Explosion wird die Druckentlastung eines Tanks mit Lack zur Beschichtung der Polspulen im Tauchverfahren und das Austreten von Lack aus den Druck- und Druckleitungen bei laufender Pumpe und anschließendes Verschütten von Lack auf dem Boden berücksichtigt des Raumes gelten als gestalterische Version des Unfalls. Xylol und Testbenzin verdunsten von der Oberfläche des verschütteten Lacks sowie von der offenen Oberfläche des zweiten Tanks und von der Oberfläche der unbeladenen lackierten Polspulen (10 Stk.). Als Auslegungstemperatur wird die maximale absolute Lufttemperatur gemäß SNiP 2.01.01-82 in diesem Gebiet (Moskau) t p = 37 0 C angenommen. Dampfdichte bei t p = 37 0 C:

Xylol kg×m - 3,

Testbenzin kg×m - 3.

Geschätzte Stillstandszeit von Rohrleitungen und Pumpe gemäß Abschnitt A.1.2 c) T a = 300 s, Verdunstungsdauer gemäß Abschnitt A.1.2 e) T = 3600 s.

3. Das Volumen V l, die Austrittsfläche F r des beim Bemessungsstörfall in den Raum gelangenden Lacks und die Verdunstungsfläche F I werden nach den Bestimmungen des Abschnitts A.1.2 ermittelt:

V l = V a + q × T a + = 0,45+6,5 × 10 – 5 × 300+0,785 × (0,025 2 ×10 +

0,04 2 × 10) = 0,487 m 3 = 487 l,

F p = 0,5 × 487 = 243,5 m 2,

F I = F P + F Kapazität + F st. ca. = 243,5+1,54+6,28 = 251,3 m2.

4. Bestimmen Sie den Druck РН gesättigter Xylol- und Testbenzindämpfe bei der Auslegungstemperatur t р =37 0 С:

Für Xylol:

lgP H = 6,17972 -

PH = 2,755 kPa,

Für Testbenzin:

lgP H = 7,13623 -

PH = 0,964 kPa.

5. Die Verdampfungsgeschwindigkeit W des Lösungsmittels beträgt:

Für Xylol:

W = 10 – 6 × 1,0 × × 2,755 = 2,8387 × 10 – 5 kg × m – 2 × s – 1,

Laut Testbenzin:

W = 10 – 6 × 1,0 × × 0,964 = 1,1700 × 10 – 5 kg × m – 2 × s – 1.

6. Gemäß den Bestimmungen der Abschnitte 4.3 und A.1.1 ermitteln wir die Masse der Dämpfe m aus dem gefährlichsten Bestandteil Xylol, der in den Raum gelangt:

m = 2,8387 × 10 – 5 × 251,3 × 3600 = 25,6812 kg.

7. Die Bestimmung des Koeffizienten Z der Beteiligung von Lösungsmitteldämpfen an der Explosion erfolgt gemäß Anhang E unter Berücksichtigung der Werte der Auslegungsparameter für Xylol oder Testbenzin, die im Verhältnis zu den Folgen am gefährlichsten sind Explosion.

7.1. Die durchschnittliche Konzentration C avg des Lösungsmitteldampfes im Raum beträgt:

C CP = 0,30 % (Vol.).

C CP = 0,30 % (Vol.)< 0,5 × Снкпр = 0,5 × 0,7 = 0,35% (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z участия паров растворителя во взрыве расчетным методом.

7.2. Der Wert von CH ist gleich:

CH = 100 × = 2,73 % (Vol.).

7.3. Der Wert von C 0 ist gleich:

C0 = 2,73 × = 1,105 % (Vol.).

7.4. Die Entfernungen X NKPR, Y NKPR, Z NKPR betragen:

X NKPR = 1,1958 × 32 × = 31,55 m,

U NKPR = 1,1958 × 10 × = 9,86 m,

ZNKPR = 0,04714 × 8 × = 0,31 m.

7.5. Der Koeffizient Z der Beteiligung von Lösungsmitteldämpfen an der Explosion gemäß Formel (E.2) in Anhang E beträgt:

8. Der Wert der stöchiometrischen Konzentration C ST gemäß Formel (A.3) beträgt:

Für Xylol:

Mit ST = = 1,93 % (Vol.),

Für Testbenzin:

Mit ST = 1,29 % (Vol.).

9. Übermäßiger Explosionsdruck DP gemäß Formel (A.1) beträgt:

DP = (900 - 101) × kPa.

10. Der berechnete Überdruck der Explosion übersteigt 5 kPa, daher gehören die Räumlichkeiten der Trocknungs- und Imprägnierungsabteilung der Elektromaschinenwerkstatt zur Kategorie B.

11. Berechnung des Explosionsüberdrucks DP im Raum der Trocknungs- und Imprägnierabteilung der Elektromaschinenwerkstatt unter Berücksichtigung des Betriebs einer Notlüftung oder einer ständig betriebenen Allgemeinlüftung, die den Anforderungen des Abschnitts A.2.3 entspricht. Der Fall wird mit der Notlüftungswechselrate A = 6 h – 1 betrachtet.

11.1. Wenn die durch Notlüftung erzeugte Luftwechselrate A = 6 h – 1 = 1,6667 × 10 – 3 s – 1 beträgt, beträgt gemäß Abschnitt 3.4 des „Handbuchs“ die Geschwindigkeit der Luftbewegung im Raum:

U = A × L = 1,6667 × 10 – 3 × 32 = 0,05 m × s – 1.

11.2. Die Verdampfungsgeschwindigkeit W des Lösungsmittels (für Xylol) bei einem Luftdurchsatz im Raum U = 0,05 m × s – 1 (mit einem gewissen Reservekoeffizienten h = 1,6 gemäß Tabelle A.2) beträgt:

W = 10 – 6 × 1,6 × × 2,755 = 4,5420 × 10 – 5 kg × m – 2 × s – 1.

11.3. Die Masse der in den Raum eintretenden Lösungsmitteldämpfe (für Xylol) m und beträgt:

m И = 4,5420 × 10 - 5 × 251,3 × 3600 = 41,0906 kg.

11.4. Die Masse der Lösungsmitteldämpfe m im Raum beträgt unter Berücksichtigung des Betriebs einer Notlüftung oder einer ständig betriebenen Allgemeinlüftung, die den Anforderungen des Abschnitts A.2.3 entspricht:

11.5. Die durchschnittliche Konzentration C CP des Lösungsmitteldampfes im Raum beträgt:

C SR = (Bd.).

C CP = 0,07 % (Vol.)< 0,5 × С НКПР = 0,5 × 0,7 = 0,35% (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z участия паров растворителя во взрыве расчетным методом.

11.6. Der Wert von C 0 ist gleich:

0,502 % (Vol.).

11.7. Die Entfernungen X NKPR, Y NKPR, Z NKPR betragen:

X NKPR = 1,1958 × 32 × = 0 m,

U NKPR = 1,1958 × 10 × = 0 m,

ZNKPR = 0,3536 × 8 × = 0 m.

X NKPR, Y NKPR, Z NKPR gemäß Anhang E werden gleich 0 angenommen, da die Logarithmen der in den Formeln angegebenen Parameter negative Werte ergeben. Basierend auf der Formel D.1 des Anhangs E ist daher auch der Koeffizient Z der Beteiligung von Lösungsmitteldämpfen gleich Z=0. Wenn wir den Wert des Koeffizienten Z=0 in die Formel (A.2.1) einsetzen, erhalten wir den Explosionsüberdruck DP=0 kPa.

11.8. Der berechnete Explosionsüberdruck überschreitet 5 kPa nicht, daher sind die Räumlichkeiten der Trocknungs- und Imprägnierungsabteilung der Elektromaschinenwerkstatt bei Ausstattung mit einer Notbelüftung oder einer ständig in Betrieb befindlichen allgemeinen Belüftung, die den Anforderungen des Abschnitts A.2.3 entspricht, mit einer Luft Wechselkurs von A = 6 h - 1, gehört nicht zu den Kategorien A oder B. Gemäß Abschnitt 5.2 und Tabelle 1 prüfen wir, ob die Räumlichkeiten zu den Kategorien B1-B4 gehören.

11.9. Gemäß Abschnitt B.2 ermitteln wir die Brandlast Q und die spezifische Brandlast g:

G= 2 × V a × r w = 2 × 0,45 × 855 = 769,5 kg,

Q = G × = 769,5 × 43,97 = 33835 MJ,

S = 2 × F Kapazität = 1,54 × 2 = 3,08 m 2 (gemäß Absatz B.2 nehmen wir S = 10 m 2),

g = Mj × m - 2.

11.10. Die spezifische Brandlast beträgt mehr als 2200 MJ × m – 2. Die Räumlichkeiten der Trocknungs- und Imprägnierabteilung der Elektromaschinenwerkstatt, wenn sie mit einer Notbelüftung oder einer ständig in Betrieb befindlichen Allgemeinbelüftung ausgestattet sind, die den Anforderungen des Abschnitts A.2.3 entspricht, mit einer Luftwechselrate von A = 6 h – 1 gemäß Tabelle B .1, gehört zur Kategorie B1.

Sonnenenergie treibt eine unglaublich leistungsstarke Wärmekraftmaschine an, die unter Überwindung der Schwerkraft einen riesigen Würfel leicht in die Luft hebt (jede Seite ist etwa achtzig Kilometer lang). So verdunstet jedes Jahr eine meterdicke Wasserschicht von der Oberfläche unseres Planeten.

Beim Verdampfen geht eine flüssige Substanz allmählich in einen dampfförmigen oder gasförmigen Zustand über, nachdem sich die kleinsten Partikel (Moleküle oder Atome) mit einer Geschwindigkeit bewegen, die ausreicht, um die Kohäsionskräfte zwischen den Partikeln zu überwinden, und sich von der Oberfläche lösen.

Obwohl der Verdunstungsprozess besser als Übergang einer flüssigen Substanz in Dampf bekannt ist, gibt es eine trockene Verdunstung, bei der Eis bei Temperaturen unter Null unter Umgehung der flüssigen Phase vom festen in den dampfförmigen Zustand übergeht. Wenn Sie beispielsweise nasse Wäsche in der Kälte zum Trocknen aufhängen, gefriert sie und wird sehr hart, wird aber nach einiger Zeit weich und trocken.

Wie Flüssigkeit verdunstet

Die Moleküle der Flüssigkeit liegen fast direkt nebeneinander und sind trotz der Tatsache, dass sie durch Anziehungskräfte verbunden sind, nicht an bestimmte Punkte gebunden und bewegen sich daher frei im gesamten Bereich der Flüssigkeit Substanz (sie kollidieren ständig miteinander und ändern ihre Geschwindigkeit).

Partikel, die an die Oberfläche gelangen, gewinnen während ihrer Bewegung an Schwung, der ausreicht, um die Substanz zu verlassen. Oben angekommen, stoppen sie ihre Bewegung nicht und fliegen, nachdem sie die Anziehungskraft der unteren Partikel überwunden haben, aus dem Wasser und verwandeln sich in Dampf. In diesem Fall kehren einige der Moleküle aufgrund chaotischer Bewegung in die Flüssigkeit zurück, während der Rest weiter in die Atmosphäre gelangt.

Damit ist die Verdunstung aber noch nicht beendet, und weitere Moleküle brechen an die Oberfläche (dies geschieht so lange, bis die Flüssigkeit vollständig verdunstet ist).

Wenn wir beispielsweise über den Wasserkreislauf in der Natur sprechen, können wir den Kondensationsprozess beobachten, wenn Dampf nach seiner Konzentration unter bestimmten Bedingungen wieder zurückkehrt. Somit sind Verdunstung und Kondensation in der Natur eng miteinander verbunden, da dank ihnen ein ständiger Wasseraustausch zwischen Erde, Land und Atmosphäre stattfindet, wodurch die Umwelt mit einer großen Menge nützlicher Substanzen versorgt wird.

Es ist zu beachten, dass die Verdunstungsintensität für jeden Stoff unterschiedlich ist und daher die wichtigsten physikalischen Eigenschaften, die die Verdunstungsrate beeinflussen, folgende sind:

1. Dichte. Je dichter die Substanz, je näher die Moleküle beieinander liegen, desto schwieriger ist es für die oberen Teilchen, die Anziehungskraft anderer Atome zu überwinden, daher erfolgt die Verdunstung der Flüssigkeit langsamer. Beispielsweise verdunstet Methylalkohol viel schneller als Wasser (Methylalkohol – 0,79 g/cm3, Wasser – 0,99 g/cm3).
2. Temperatur. Die Verdunstungsgeschwindigkeit wird auch durch die Verdunstungswärme beeinflusst. Trotz der Tatsache, dass der Verdampfungsprozess auch bei Temperaturen unter Null stattfindet, ist die Verdampfungswärme umso höher, je höher die Temperatur des Stoffes ist, was bedeutet, dass sich die Partikel umso schneller bewegen, was die Verdampfungsintensität erhöht und die Flüssigkeit verlässt Masse (daher verdunstet kochendes Wasser schneller als kaltes Wasser). Durch den Verlust schneller Moleküle nimmt die innere Energie der Flüssigkeit ab und damit sinkt die Temperatur des Stoffes beim Verdampfen. Wenn sich die Flüssigkeit zu diesem Zeitpunkt in der Nähe einer Wärmequelle befindet oder direkt erhitzt wird, nimmt ihre Temperatur nicht ab, ebenso wie die Intensität der Verdunstung nicht abnimmt.
3. Oberfläche. Je größer die Oberfläche einer Flüssigkeit ist, desto mehr Moleküle verdampfen daraus und desto höher ist die Verdunstungsrate. Wenn Sie beispielsweise Wasser in eine Kanne mit schmalem Hals gießen, verschwindet die Flüssigkeit sehr langsam, da sich die verdunsteten Partikel an den sich verengenden Wänden absetzen und nach unten sinken. Wenn Sie gleichzeitig Wasser in eine Schüssel gießen, verlassen die Moleküle frei die Oberfläche der Flüssigkeit, da es nichts gibt, wo sie kondensieren können, um ins Wasser zurückzukehren.
4. Wind. Der Verdunstungsprozess läuft viel schneller ab, wenn sich Luft über dem Behälter bewegt, in dem sich das Wasser befindet. Je schneller er dies tut, desto größer ist die Verdunstungsrate. Es ist unmöglich, die Wechselwirkung von Wind mit Verdunstung und Kondensation nicht zu berücksichtigen. Wassermoleküle, die von der Meeresoberfläche aufsteigen, kehren teilweise zurück, aber die meisten von ihnen kondensieren hoch am Himmel und bilden Wolken, die der Wind an Land treibt. Dort fallen die Tropfen in Form von Regen, dringen in den Boden ein und kehren nach einiger Zeit in den Ozean zurück, wo sie die im Boden wachsende Vegetation mit Feuchtigkeit und gelösten Mineralien versorgen.

Rolle im Pflanzenleben

Die Bedeutung der Verdunstung für das Leben der Vegetation kann kaum überschätzt werden, insbesondere wenn man bedenkt, dass eine lebende Pflanze zu achtzig Prozent aus Wasser besteht. Wenn einer Pflanze daher nicht genügend Feuchtigkeit zur Verfügung steht, kann sie absterben, da ihr zusammen mit Wasser nicht die lebensnotwendigen Nährstoffe und Mikroelemente zugeführt werden.

Wasser, das sich durch den Pflanzenkörper bewegt, transportiert und bildet darin organische Substanzen, für deren Bildung die Pflanze Sonnenlicht benötigt.

Hier spielt jedoch die Verdunstung eine wichtige Rolle, da die Sonnenstrahlen Objekte extrem stark erhitzen und daher (insbesondere an heißen Sommertagen) zum Absterben einer Pflanze durch Überhitzung führen können. Um dies zu vermeiden, verdunstet Wasser aus den Blättern, wodurch zu diesem Zeitpunkt viel Flüssigkeit freigesetzt wird (zum Beispiel verdunsten aus Mais ein bis vier Gläser Wasser pro Tag).

Das heißt, je mehr Wasser in den Körper der Pflanze gelangt, desto intensiver ist die Verdunstung des Wassers durch die Blätter, die Pflanze kühlt stärker ab und wächst normal. Sie können die Verdunstung des Wassers durch Pflanzen spüren, wenn Sie an einem heißen Tag beim Gehen die grünen Blätter berühren: Sie werden auf jeden Fall kühl sein.

Verbindung mit einer Person

Die Rolle der Verdunstung im Leben des menschlichen Körpers ist nicht weniger wichtig: Sie bekämpft Hitze durch Schwitzen. Die Verdunstung erfolgt in der Regel über die Haut sowie über die Atemwege. Dies lässt sich leicht bei Krankheiten bemerken, wenn die Körpertemperatur ansteigt, oder bei körperlicher Anstrengung, wenn die Verdunstungsrate zunimmt.

Bei geringer Belastung scheidet der Körper ein bis zwei Liter Flüssigkeit pro Stunde aus, bei intensiverem Sport, insbesondere wenn die Außentemperatur 25 Grad übersteigt, nimmt die Intensität der Verdunstung zu und es können drei bis sechs Liter Flüssigkeit abgegeben werden Schweiß.

Über die Haut und die Atemwege verlässt Wasser nicht nur den Körper, sondern gelangt zusammen mit Umweltausdünstungen auch in den Körper (nicht umsonst verschreiben Ärzte ihren Patienten oft einen Badeurlaub). Leider gelangen neben nützlichen Elementen häufig auch schädliche Partikel, darunter Chemikalien und schädliche Dämpfe, in das Innere, die irreparable Gesundheitsschäden verursachen.

Einige von ihnen sind giftig, andere verursachen Allergien, andere sind krebserregend, andere verursachen Krebs und andere ebenso gefährliche Krankheiten, während viele mehrere schädliche Eigenschaften gleichzeitig haben. Schädliche Dämpfe gelangen hauptsächlich über die Atemwege und die Haut in den Körper. Sobald sie drinnen sind, werden sie sofort vom Blut absorbiert und verteilen sich im ganzen Körper, was zu toxischen Wirkungen und schweren Krankheiten führt.

In diesem Fall hängt viel von der Gegend ab, in der die Person lebt (in der Nähe einer Fabrik oder Anlage), von den Räumlichkeiten, in denen sie lebt oder arbeitet, sowie von der Zeit, die sie unter gesundheitsgefährdenden Bedingungen verbringt.

Schädliche Dämpfe können von Haushaltsgegenständen wie Linoleum, Möbeln, Fenstern usw. in den Körper gelangen. Um Leben und Gesundheit zu schützen, ist es ratsam, solche Situationen zu vermeiden. Der beste Ausweg wäre, das gefährliche Gebiet zu verlassen, einschließlich eines Wohnungs- oder Arbeitsplatztauschs, und bei der Einrichtung Ihres Zuhauses auf die Qualitätszertifikate der gekauften Objekte zu achten Materialien.

Abteilung für ETT. Disziplin „Grundlagen der Basistechnik elektronischer Bauelemente“

Laborarbeit Nr. 1. Merkmale der Filmanwendung

Mit thermischer Vakuumverdampfung

Ziel der Arbeit: Kennenlernen der Besonderheiten der Entstehung und Ausbreitung eines Molekülflusses im Vakuum und der Schichtdickenverteilung über die Oberfläche eines großflächigen Substrats bei der thermischen Vakuumverdampfung.

Grundlegende Konzepte und Beziehungen

Bei der thermischen Vakuumverdampfung wird ein Strom aus Atomen oder Molekülen einer Substanz erzeugt, indem ein Material im Vakuum auf eine Temperatur nahe oder über seinem Schmelzpunkt erhitzt wird.

Verdunstung von der Oberfläche der flüssigen Phase am häufigsten in der Technik verwendet. Zur Erklärung des Mechanismus des Prozesses wurden mehrere Modelle vorgeschlagen. Im einfachsten Fall wird die flüssige Phase (geschmolzenes Material) als ein System von Oszillatoren betrachtet, deren Oberflächenmoleküle mit einer bestimmten Verdampfungsenergie verbunden sind. Es wird angenommen, dass der Übergang in die Gasphase erfolgt, wenn die Schwingungsenergie der Moleküle auf der Oberfläche gleich der Verdampfungsenergie ist oder diese übersteigt. Es wird außerdem davon ausgegangen, dass alle Oberflächenmoleküle die gleiche Bindungsenergie und die gleiche Verdunstungswahrscheinlichkeit haben. Durch die Einwirkung von Oszillatorschwingungen wird die Verdampfung einzelner Moleküle möglich.

In einem verbesserten statistischen Modell wird der Zustand von Molekülen auf der Oberfläche durch eine Maxwellsche Energieverteilung und eine räumliche Verteilung beschrieben, die die Verschiebung der Moleküle aus ihrer Gleichgewichtsposition mit ihrer potentiellen Energie in Beziehung setzt. Die Verdampfung eines Moleküls erfolgt, wenn es um eine solche Distanz verschoben wird, dass seine potentielle Energie gleich der Verdampfungsenergie wird.

Experimentelle Studien haben gezeigt, dass das statistische Modell recht gut auf Flüssigkeiten anwendbar ist, deren Verdampfung durch den Austausch einzelner Atome mit einatomigem Dampf (Quecksilber, Kalium, Beryllium und eine Reihe anderer Metalle) erfolgt. Ähnlich verhalten sich einige organische Flüssigkeiten, deren Moleküle sphärische Symmetrie und niedrige Verdampfungsentropien aufweisen (z. B. Tetrachlorkohlenstoff – CCl 4).

Bei Stoffen, deren Moleküle im kondensierten und gasförmigen Zustand unterschiedliche Freiheitsgrade aufweisen, sollte sich beim Verdampfen nicht nur die Translationsbewegung, sondern auch die innere Energie der Moleküle ändern. Gleichzeitig ist es statistisch gesehen unwahrscheinlich, dass ein Molekül auf der Oberfläche gleichzeitig sowohl die kinetische als auch die potentielle Energie erhält, die für die Verdampfung im thermodynamischen Gleichgewicht erforderlich ist. Es ist wahrscheinlicher, dass das Molekül zunächst die notwendige kinetische Energie erhält und dann vor der Verdampfung ein Quantum an innerer Energie erhalten muss.

Es wird angenommen, dass unter den verschiedenen Arten der inneren Energie von Molekülen die Rotationsenergie den größten Einfluss auf die Verdunstungswahrscheinlichkeit hat. Dies wird durch die Tatsache bestätigt, dass die Relaxationszeit, die ein Molekül mit zusätzlicher kinetischer Energie benötigt, um einen Rotationsfreiheitsgrad zu erhalten, länger ist als bei anderen Prozessen. Somit erfolgt die Begrenzung der Verdampfung durch den Verlust eines Freiheitsgrades, wodurch die Anzahl möglicher Zustände für Moleküle in der flüssigen Phase verringert wird. Diese Form der Phasenübergangsbeschränkung wird Entropiebeschränkung genannt.

Entropiebegrenzte Verdunstung wird für Flüssigkeiten mit kleinen polaren Molekülen bestätigt, die von ungestörten Oberflächen verdampfen (Benzin, Chloroform, Ethanol, Methanol usw.). Einige organische Flüssigkeiten verfügen bereits im aktivierten Zustand über einen Rotationsfreiheitsgrad.

Bei der Verdampfung von Metallen sind einzelne Metallatome die Hauptteilchenart in der Gasphase und nur ein kleiner Teil (weniger als 0,1 %) sind zweiatomige Moleküle. Bei einigen Elementen (C, S, Se, Te, P, As, Sb) bestehen die Paare aus mehratomigen Molekülen.

Verdunstung von der Oberfläche der festen Phase, Sublimation genannt, wird durch das Vorhandensein einatomiger Stufen und Zustände mit unterschiedlicher Anzahl von Atomen in der ersten und den folgenden Schichten auf der Oberfläche des Materials erklärt. Da die Bindungskräfte, die von benachbarten Atomen auf ein bestimmtes Atom wirken, additiv sind (addiert), sind die Werte der Verdampfungsenergie für Atome in verschiedenen Zuständen unterschiedlich. Atome mit der geringsten Anzahl an Bindungen (Nachbarn) verdampfen zuerst, was günstige Bedingungen für die Verdampfung anderer Atome schafft.

Bei der Verdampfung von Materialien komplexer Zusammensetzung müssen die Fraktionierung des Stoffes und die Möglichkeit einer Dissoziation berücksichtigt werden. Es ist sehr wichtig, die Besonderheiten der Wechselwirkung des verdampften Materials mit dem Verdampfermaterial zu berücksichtigen.

Flug von Materieteilchen aus dem Verdampfer an die Oberfläche des Substrats gehen mit deren Kollisionen untereinander und mit Restgasmolekülen einher. Um diese Wechselwirkung zu reduzieren, wird die Verdampfung bei einem Druck des gesättigten Dampfs der Substanz von nicht mehr als 10 –2 Torr und der Restgase – nicht mehr als 10 –4 – 10 –5 Torr – durchgeführt.

Kondensation von Atomen(Moleküle) der Substanz erfolgt, nachdem das Material zur Oberfläche des Substrats fliegt. Sie hängt vom Verhältnis der freien Energien des Partikelstroms und der Oberfläche ab. Der schichtweise Filmwachstumsmodus (Frank-van-der-Merwe-Modus) wird realisiert, wenn die Bindungsenergie der Atome der abgeschiedenen Substanz mit dem Substrat größer ist als die Bindungsenergie der Atome untereinander.

Das Volmer-Weber-Inselregime entsteht, wenn die Atome eines Stoffes stärker aneinander gebunden sind als an das Substrat. Kleine Kerne wachsen und verwandeln sich in große Inseln kondensierter Phase. Nachdem sie die Lücken (Kanäle) zwischen den Inseln gefüllt haben, verschmelzen sie und bilden einen kontinuierlichen Film.

Im mittleren Stranski-Krastanov-Regime kommt es zunächst zum schichtweisen Wachstum von einer oder zwei Monoschichten. Dann beginnt das Wachstum von Inseln auf ihrer Oberfläche. Sind die Inseln ausreichend groß, verschmelzen sie zu einem zusammenhängenden Film. Einer der Gründe für dieses Verhalten ist die Änderung des Gitterparameters beim Auffüllen der nächsten Monolage.

Berechnung der Verdunstungsrate

Masse verdampfter Substanz, das von einem kleinflächigen Verdampfer auf eine elementare kugelförmige Plattform fällt, wird durch die folgende Beziehung bestimmt:

, (1)

wo ist die Verdunstungszeit; – der Winkel zwischen der Normalen zur Oberfläche des Verdampfers und der Richtung zum ausgewählten Punkt des Substrats; – Radius der Kugel, auf der sich die elementare Kugelfläche mit der gemessenen Stoffmenge befindet.

Die Verdampfungsgeschwindigkeit eines Stoffes im Vakuum wird nach folgender Formel berechnet:

, (2)

wo ist die Verdunstungsrate, g cm–2 s–1; – Atomgewicht (Molekulargewicht) der Substanz, – ihr Sättigungsdampfdruck, Torr; – Temperatur, K.

Der Sättigungsdampfdruck eines Stoffes im Verdampfungsvolumen wird durch die Beziehung bestimmt:

, (3)

in dem die Mengen und Eigenschaften des verdampften Materials charakterisiert werden. Für alle Materialien des Periodensystems = 8,8 (für Si–10,2); = / 4,576, K; – Verdampfungswärme, cal/mol. Die Werte für , Dichte und Schmelzpunkt einer Reihe von Metallen sind in Tabelle 1 angegeben.

Für ein flaches Substrat, dessen Oberfläche willkürlich relativ zur Oberfläche eines flachen Verdampfers mit endlichen Abmessungen und kleiner Fläche angeordnet ist, wird Gleichung (1) in die Form umgewandelt:

, (4)

Dabei ist der Winkel zwischen der Normalen zur Substratoberfläche und der Verdampfungsrichtung.

Tabelle 1

Bei der praktischen Anwendung des Filmabscheidungsverfahrens kommt es nicht auf die Menge des verdampften Materials an, sondern auf die Dicke der resultierenden Filme und deren Verteilung über die Oberfläche des Substrats.

Berechnung der Filmdicke

Die angegebenen Verteilungsmuster der verdampften Substanz führen dazu, dass die Verteilung Schichtdicke auf der Oberfläche des Substrats kann komplex sein. Da für eine Elementarfläche des Substrats die Materialmenge (wobei die Dichte des verdampften Materials ist) bestimmt wird, wird die Dicke des Films für ein beliebig angeordnetes Substrat durch die Beziehung bestimmt:

(5)

In dieser Beziehung wird die Position des Substratpunkts, an dem die Filmdicke berechnet wird, durch drei Größen bestimmt.

Für Verdampfer mit flacher Oberfläche kleine Fläche und ein flaches Substrat, das sich im Abstand parallel zur Oberfläche des Verdampfers befindet (Abb. 1), wird die Filmdicke durch das Verhältnis bestimmt:

, (6)

Wo ; – Koordinate entlang der Oberfläche des Substrats (Abstand von

Abbildung 1. Position des Substrats relativ zum Verdampfer

Mittelpunkt des Substrats an einem Punkt A auf den Punkt B, in dem die Filmdicke bestimmt wird); – normalisierter Koordinatenwert; – die Gesamtmenge der verdampften Substanz.

An dieser Stelle wird die größte Filmdicke erreicht A Substrat, und die relative Änderung der Filmdicke für verschiedene Punkte des Substrats hat in diesem Fall die Form:

, . (7)

Punktverdampfer ist eine Kugel, deren Abmessungen im Vergleich zum Abstand zur Oberfläche des Substrats und seinen Abmessungen vernachlässigbar sind. Aus einem solchen Verdampfer verdampft eine Stoffmenge in einem elementaren Raumwinkel . Wird die Folie auf einen beliebig angeordneten ebenen Untergrund aufgebracht, so ergeben sich, wie aus der Abbildung hervorgeht, für einen Punktverdampfer folgende Grundverhältnisse:

; . (8)

Tabelle 2 zeigt die Abhängigkeit der relativen Dicke von x/h für einen Punkt- und Oberflächenverdampfer.

Tabelle – Abhängigkeit der Dickengleichmäßigkeit von x/h

x/h		0,25	0,5	0,75
(d/d0)n		0,83	0,64	0,41	0,25	0,04
(d/d0)t		0,88	0,71	0,51	0,35	0,09

Bei Standard-Substratgrößen von 60x48 mm und einem Verdampfer-Substrat-Abstand von 200 mm beträgt die Unebenheit der Filmdicke etwa 10 %. Und bei modernen Analog-Digital-Wandlern betragen die Anforderungen an die Widerstandsgenauigkeit (Widerstandsspreizung) nicht mehr als 0,05 %. Um die erforderliche Gleichmäßigkeit beim Aufbringen von Filmen auf große und kleine Substrate zu gewährleisten, werden verschiedene Methoden angewendet:

Einsatz von Großflächenverdampfern,

Der Einsatz von Ringverdampfern,

Der Einsatz einer Vielzahl gleichzeitig arbeitender Verdampfer,

Bewegen von Substraten entlang einer komplexen (Planeten-)Flugbahn,

Verschiebung des Verdampfers um einen genau definierten Abstand relativ zum Mittelpunkt des rotierenden Substrats,

Die Verwendung speziell geformter rotierender Membranen mit einem stationären Substrat.

Beim Benutzen Flachscheibenverdampfer endliche Abmessungen des Radius R, die entsprechenden Ausdrücke für Dicken nehmen die endgültige Form an:

, . (9)

Für Ringverdampfer Radius R, dessen Mitte mit der Mitte des flachen Substrats zusammenfällt, das parallel zur Ebene des Verdampfers liegt, hat der Ausdruck für die Filmdicke die folgende Form:

. . (10)

Die in der Praxis am häufigsten verwendete Option ist mit Verdampferverdrängung relativ zur Mitte des rotierenden Substrats. Für diese Option mit einem Kleinflächenverdampfer haben die entsprechenden Ausdrücke eine ähnliche Form wie die Formeln für einen Ringverdampfer. Der Unterschied besteht darin, dass die Formel anstelle des Radius des dünnen Rings R den Abstand einbezieht l vom Verdampfer zur Rotationsachse des Substrats.

. . (11)

Verwendung rotierende Membranen (Dämpfer) Die besondere Form basiert auf einer zusätzlichen Regulierung der Materialmenge, die vom Verdampfer einem bestimmten Bereich des Substrats zugeführt wird. Es ist sehr wichtig, dass der Drehpunkt der Membran mit dem Mittelpunkt des Verdampfers und des Substrats übereinstimmt. Um eine unerwünschte Dickenabnahme zu verhindern, wird der Fluss der verdampften Substanz an den entferntesten Stellen des Substrats nicht unterbrochen. Wenn man sich der geometrischen Mitte des Substrats nähert, sollte die Kante des Verschlusses einen Bogen mit zunehmender Länge bilden, so dass die Dauer der Unterbrechung des Flusses in jeder gegebenen Entfernung sicherstellt, dass die Abscheidungsrate an einer gegebenen Stelle auf die Rate an der Stelle abnimmt entferntesten Punkte. Die Konturen der Dämpfer für eine gleichmäßige Abdeckung sind Spiralen, deren genaue Linien für verschiedene Bedingungen durch Berechnung am Computer ermittelt werden. Durch den Einsatz rotierender Membranen ist eine Dickengleichmäßigkeit im Bruchteil eines Prozents möglich. Der Nachteil dieser Methode ist der übermäßige Materialverbrauch, da der Großteil des verdampften Materials blockiert wird und sich auf der Oberfläche des Dämpfers ablagert.

Arbeitsauftrag

Bei der Zubereitung zu Hause Für ein gegebenes Material und eine gegebene Filmdicke des verdampften Materials ist es notwendig, die Temperatur eines kleinflächigen Oberflächenverdampfers zu bestimmen, bei der die größte Filmdicke d 0 gleich der gegebenen ist. Für die Berechnung werden Abhängigkeiten (2), (3), (7), Tabellendaten und Aufgabenoptionen verwendet.

Bei der Arbeit im Labor In einem Computerexperiment müssen folgende Abhängigkeiten ermittelt werden:

Absolute Dickenverteilung d(x) für ein gegebenes d 0 für kleine Oberfläche, Scheibe, Ring und Versatz relativ zur Mitte der rotierenden Substratverdampfer. (Für die letzten drei Verdampfertypen muss zunächst eine Temperatur gewählt werden, die bei x = 0 die gleiche Dicke d 0 gewährleistet);

Relative Abweichung der Filmdicke eines bestimmten Materials in Abhängigkeit vom Abstand X entlang der Oberfläche des Substrats bei einem gegebenen d 0 für die untersuchten Verdampfer;

Wählen Sie für ein gegebenes d 0 und eine Substratgröße von 100 x 150 mm 2 den Verdampfertyp, alle seine Eigenschaften (außer F) und den Abstand h aus, um eine Gleichmäßigkeit der Filmdicke von nicht weniger als 2 % sicherzustellen.

Notiz: Zusätzliche Informationen, die für die Berechnung erforderlich sind, finden Sie in der Liste „Aufgabenoptionen“.

Meldepflichten

Der Bericht wird individuell auf A4-Blättern erstellt. Bei der Vorbereitung zu Hause müssen Sie den Inhalt der Arbeit studieren, die Temperatur für Ihre Version der Aufgabe berechnen und die wichtigsten analytischen Zusammenhänge und Berechnungsreihenfolge in den vorbereiteten Bericht eintragen. Der zur Verteidigung erstellte Bericht muss enthalten:

Theoretischer Teil und Berechnungsergebnisse (Heimvorbereitung),

Konfigurationsskizzen für Verdampfungssysteme,

Berechnungsformeln,

Die Reihenfolge der Berechnungen und die Verteilung der absoluten und relativen Dicke entlang der Diagonalen des Substrats,

Analyse der Ergebnisse,

Antworten auf Sicherheitsfragen.

6. Sicherheitsfragen

Was bestimmt die maximal mögliche Filmdicke beim thermischen Vakuumverdampfen?

Welche Beziehungen hängen zwischen der Filmdicke und der Verdampfertemperatur zusammen?

Wie werden pulverförmige Materialien verdampft?

Welche Arten von Verdampfern werden zum Verdampfen von Pulvermaterialien verwendet?

Was ist Sublimation?

Welche Anforderungen werden an Verdampfermaterialien gestellt?

Unter welchen Bedingungen kommt es beim Verdampfen zum schichtweisen Filmwachstum?

Wie erfolgt die Verdunstung von der Oberfläche der festen Phase?