Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева Моделирование механизма термического испарения многокомпонентных растворов. - презентация

1 Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева Моделирование механизма термического испарения многокомпонентных растворов в динамическом испарителе.

2 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.

3 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.

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

5 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.

6 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.

7 Конструкции используемых испарителей.

8 Предлагается принципиально новая конструкция динамического испарителя многокомпонентных растворов.

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

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

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

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

13 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.

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

15 Вид кривых нагревания элементов испарителя. Тматериала Ттигля Тспирали

16 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.

17 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.

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

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

20 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:

21 Уравнение движения примет вид: Введём коэффициент:

22 Результаты численного решение уравнения движения.

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