Próżnia w badaniach materiałów

Transkrypt

1 Próżnia w badaniach materiałów Próżnia - zastosowania Konstanty Marszałek Kraków 2011

2 Próżnią, w sensie technicznym, nazywamy stan, który panuje w obszarze wypełnionym gazami lub parami rozrzedzonymi w odniesieniu do otoczenia atmosferycznego. Jednostki Pa, hpa, mbar Możliwość występowania próżni była przedmiotem dysput o charakterze filozoficznym jeszcze przed naszą erą. Arystoteles (IV w p.n.e.), w swoim traktacie Fizyka, rozważał zagadnienia ciał materialnych i ich ruchu w hipotetycznej próżni. Strona 2

3 Czasy nowożytne XVII w., Ewangelista Torricelli ( ), włoski matematyk i fizyk odkrył istnienie ciśnienia atmosferycznego w znanym eksperymencie. Szklana rurka (o długości ok. 1 m, jednostronnie zamknięta) została napełniona rtęcią, odwrócona i zanurzona w naczyniu z rtęcią. Strona 3

4 W 1648 r. Blaise Pascal ( ) zainspirował wykonanie szeregu takich pomiarów na różnych wysokościach zbocza góry oraz budynków, demonstrując w ten sposób zależność ciśnienia atmosferycznego od wysokości. niemiecki fizyk i wynalazca Otto von Guericke postanowił wytworzyć próżnię. Około 1650 r. skonstruował tłokową pompę próżniową i z jej pomocą przeprowadził szereg eksperymentów. Strona 4

5 Rycina z dzieła Experimenta nova obrazująca doświadczenie Guerickego przeprowadzone w 1657 r. na błoniach Magdeburga Strona 5

6 Ważniejsze wynalazki w dziedzinie techniki próżni dokonane w XIX i w początku XX w. Twórca Wynalazek von Guericke Próżniowa pompa tłokowa 1850 Sprengler Pompa kroplowa 1865 Mc Leod Próżniomierz kompresyjny 1874 Pirani Próżniomierz cieplnoprzewodnościowy 1906 Gaede Pompa obrotowa olejowa 1909 Langmuir Próżniomierz lepkościowy 1913 Gaede Pompa molekularna 1913 Gaede Pompa dyfuzyjna 1915 Buckley Próżniomierz jonizacyjny 1916 Strona 6

7 Postęp w technice próżni w połowie XX w. Twórca Wynalazek Bayard i Alpert Próżniomierz jonizacyjny BA 1950 Paul i Steinwedel Spektrometr kwadrupolowy 1953 Van Atta Pompa Rootsa 1955 Lazarev i in. Pompa kriogeniczna (zalewowa) 1957 Becker Pompa turbomolekularna 1958 Hall Pompa jonowosorpcyjna 1958 Mc Mahon i Gifford Pompa krio i kriogenerator 1960 Groszkowski Próżniomierz jonizacyjny JG 1966 Strona 7

8 Zakresy próżni Próżnia Ciśnienie [ Pa ] Koncentracja [1/cm3] Śred.dr.sw. [ m ] niska 1* * * * * *10-6 Czas pok. Pow [ sek ] 1.7* *10-8 średnia 3.3* * * * *10-2 1* *10-3 wysoka * * * * *10 1 1* Bardzo wysoka bwp Ultrawysoka UHV Ekstr.Wysoka XHV 1* * * * * * *10 3 1* * * * * * * *10 6 1* * * *10 6 Strona 8

9 Dlaczego próżnia? 1. Zwiększenie długości drogi swobodnej cząstek, 2. Wrzenie w obniżonej temperaturze, 3. Kontrola składu atmosfery w zamkniętej przestrzeni, 4. Uzyskanie i utrzymanie atomowo czystych powierzchni ciała stałego, 5. Kontrola wyładowań elektrycznych, 6. Przyspieszone parowanie Próżnia jest medium technologicznym Cena? ~V / ln p

10 Jaka próżnia? hpa suszenie ( liofilizacja), konserwacja drewna (meble,książki), instalacje szpitalne, pakowanie produktów spożywczych, formowanie podciśnieniowe tworzyw (ABS), Odgazowanie metali, stopów, mas formierskich,(od wielkiej metalurgii do prac jubilerskich) hpa CVD, obróbka cieplnochemiczna narzędzi, Rafinacja stopów jubilerskich, frakcjonowana destylacja, p< 10-7 hpa elektronika, technika jądrowa, nauka, technika kosmiczna etc hpa technologia cienkowarstwowa ( naparowanie termiczne,jonowe rozpylanie,platerowanie łukowe, platerowanie jonowe i in) prod, lamp oświetleniowych ( żarowych, halogenowch, wyładowczych, jarzeniowych i in.) technika wiązek elektronowych i jonowych (topienie, spawanie,czyszczenie powierzchni, trawienie)

11 Zastosowania niskiej próżni gaz suszenie, konserwacja, impregnacja powietrze impregnat

12 Liofilizacja Zespół próżniowych liofilizatorów Próżniowa komora liofilizatora

13 Instalacje przemysłowe do nanoszenia warstw metalicznych zwierciadła, odbłyśniki reflektorów samochodowych... powłoki A1 na foliach stalowych do produkcji konserw (systemy in line z zastosowaniem kilku komór wejściowych i wyjściowych, parowniki ze skanującymi działami elektronowymi i wyjściowym działem skanującym do przegrzania warstwy Al celem doprowadzenia do dyfuzyjnego połączenia ze stalowym podłożem. powłoki Al na foliach PCV stosowane do laminowania materiałów opakowaniowych dla produktów spożywczych (np. masło, sery itp.) Współcześnie produkowane urządzenia próżniowe do metalizacji umożliwiają pokrywanie warstwami np. Al folii o szerokości do 4 m z szybkością do 20 mb/s.

14 Wsadowy system próżniowy do produkcji reflektorów samochodowych Strona 14

15 b III Szkoła Techniki Próżniowej 2011 Urządzenia do metalizacji folii c a a. Wsadowy system do pokrywania folii cienką warstwą aluminium b. Zespół parowników z podajnikami drutu Al. c. System automatycznego przewijania folii

16 5 komorowa linia potokowa (wydajność 8 mln. m 3 /rok)

17 Potokowa linia produkcyjna z trzema wyrzutniami magnetronowymi (projekt Prof.E.Leja i dr K.Marszałek)

18 Przemysłowa linia z 22 wyrzutniami magnetronowymi (Sląsk)

19 Elementy funkcjonalne linii potokowej a c a. zespół zasilaczy magnetronów (22x150 kw) b. stacja załadowcza c. zespół magnetronów (fragment) Strona 19 b

20 Jonowe rozpylanie p~ hpa Zasada działania wyrzutni magnetronowej Przemysłowa, wielkogabarytowa wyrzutnia magnetronowa

21 Linia firmy MetaPlast (RFN) z 8 łukami tarczowymi do pokrywania elementów z metalu (Radom) Strona 21

22 Urządzenie łukowe z centralną katodą do produkcji warstw dekoracyjnych na podłożach o złożonych kształtach Strona 22

23 Karuzelowy uchwyt podłoży Strona 23

24 Twarde i dekoracyjne powłoki z azotków i węglików tytanu Strona 24

25 WYSOKA PRÓŻNIA technologie warstwowe możliwości powierzchniowych zmian właściwości ciał stałych - odporność chemiczna - rezystancja elektryczne, - odporność mechaniczna, - transmisja, odbicie, absorbcja promieniowania elektromagnetycznego (UV, VIS, IR, MW) - ekrany elektrostatyczne i magnetyczne

26 Próżniowy piec do topienia krzemu i hodowli monokryształów Próżniowy piec indukcyjny do topienia metali

27 Monokryształ krzemu o wadze 600 kg i średnicy 450 mm (2003r) Strona 27

28 Strona 28

29 Strona 29

30 Strona 30

31 Dziękuję za uwagę Strona 31