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. Тонкие плёнки впервые были получены Фарадеем в 1857г. Далее тонкие плёнки применялись для физических исследований, и только с совершенствованием вакуумного оборудования стало возможно промышленное производство.

Например: просветляющие покрытия, зеркала, интерференционные фильтры, электроннолучевые трубки и в производстве микроэлектроники,. Например: просветляющие покрытия, зеркала, интерференционные фильтры, электроннолучевые трубки и в производстве микроэлектроники, наноэлектроники, нанопокрытий и нанокристаллографии. В наше время тонкие плёнки получили широкое распространение во многих отраслях.

Технология напыления тонких плёнок. Три основных этапа: Испарение вещества Испарение вещества Перемещение вещества Перемещение вещества Конденсирование паров Конденсирование пароввещества

Испарение веществ и соединений и сплавов. Основная проблема: Достижение однородных, точных по составу, при этом равномерных по толщине тонких плёнок. Достижение однородных, точных по составу, при этом равномерных по толщине тонких плёнок.

Основные требования к материалу испарителя. незначительное (минимально возможное) давление насыщенного пара при рабочей температуре; незначительное (минимально возможное) давление насыщенного пара при рабочей температуре; инертность по отношению к испаряемому материалу; инертность по отношению к испаряемому материалу; обеспечение возможности изготовления различных конструкции испарителей. обеспечение возможности изготовления различных конструкции испарителей.

Конструкции используемых испарителей.

Предлагается принципиально новая конструкция динамического испарителя многокомпонентных растворов.

Динамический испаритель Нагревательный элемент 2.Крышка испарителя 3.Корпус испарителя 4.Испаряемое вещество

Условно работу испарителя можно разделить на три этапа: Нагревание. Испарение вещества. Колебательные движения крышки испарителя.

НАГРЕВАНИЕ Теплопередача от нагревательного элемента. Теплопередача осуществляется по средством: Теплопроводности Теплового излучения Конвекция исключена, так как процесс происходит в вакууме.

Теплопроводность. Закон теплопроводности Фурье. Где X – коэффициент теплопроводности материала тигля. S – площадь поверхности соприкосновения нагревательной спирали и тигля.

Тепловое излучение. Закон Стефана Больцмана Где σ=5.6704*10 -8 Вт/м 2 К 4 константа больцмана. T – температура нагревательного элемента. Где S – площадь поверхности нагревательного элемента. β – угол направления теплового излучения, направленного на испаритель.

Запишем уравнения теплового баланса. Для спирали: Для тигля: Для испаряемого вещества :

Вид кривых нагревания элементов испарителя. Тматериала Ттигля Тспирали

Испарение вещества. Зависимость давления паров от температуры в общем виде описывается уравнением: Lgp=AT -1 +BlgT+CT+DT 2 +E Справочник оператора по нанесению в вакууме/А.И.Костржицкий, В.Ф.Карпов, М.П.Кабанченко и др. ­– М.:Машиностроение, – 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 lgT-10.02, Lgp=-16600*T lgT-9.44 Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. – М.: АН СССР, – 396 с.

Скорость испарения. Скорость испарения Vи, г/(см 2 с), 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 » – 664с.

Масса газов в испарителе. Где S – площадь поверхности испарения. t – время испарения, в случае для нашего испарителя t =T(c)/2 (половина периода).

Зависимость силы давления от координаты крышки. S * =π*x 2 *tg 2 α R=x*tgα Зависимость эффективной площади давления от координаты: 0 < R

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:

Уравнение движения примет вид: Введём коэффициент:

Результаты численного решение уравнения движения.

Регулировка параметров испарения с помощью изменения крышки. Стехиометрический состав газа внутри испарителя. Масса вырывающихся газов. Скорость вырывающихся газов. Направление распространения вырывающихся газов.