РОЗДІЛ 1. За загальною редакцією проф

ВАКУУМНА ТЕХНІКА

За загальною редакцією проф. Проценка І.Ю.

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як

навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів

Видавництво Сумського

державного університету

ББК 31.77

Б…..

УДК 539.21

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України

(лист №1/11-6257 від 29.07 2009 р.)

Рецензенти:

д-р фіз.-мат.наук, професор,

член-кореспондент НАН України М.О.Азаренков

(ХНУ ім. Каразіна м.Харків);

канд. фіз.-мат.наук, професор В.М. Кланічка

(Прикарпатський національний університет ім.. В.Стефаника, м. Івано-Франківськ);

канд.фіз.-мат.наук С.М.Данильченко

(Інститут прикладної фізики НАН України, м.Суми)

Бібик В.В., Гричановська Т.М.,

Б … Фізика твердого тіла: Навчальний посібник. - Суми: Вид-во СумДУ, 2009.- 198 с.

ISBN

У навчальному посібнику узагальнені теоретичні основи та практичні питання вакуумної техніки: фізика вакууму, способи отримання та вимірювання вакууму, типові вакуумні системи та їх характеристики, проблематика надвисокого вакууму.

Навчальний посібник призначений для студентів вищих навчальних закладів денної і заочної форм навчання в галузі «Електроніка».

ББК 31.77

Бібик В.В., Гричановська Т.М., 2014

ISBN © Вид-во СумДУ, 2014

ВСТУП

Історія розвитку фізики і хімії, а також ряду галузей промисловості нерозривно пов'язана з розвитком вакуумної техніки. Вакуумна техніка — прикладна наука, що вивчає проблеми отримання та підтримки вакууму, здійснення вакуумних вимірів, а також питання розробки, конструювання і застосування вакуумних систем і їх функціональних елементів.

Вакуумом (від лат. vacuum — пустота) називають стан газу або пари при тиску нижче атмосферного. Перші досліди з вакуумом відносяться до 40-х рр. XVI ст. У 1654 німецький вчений О. фон Геріке поставив дослід з Магдебурзькими півкулями, наочно показавши існування атмосферного тиску. Насос, яким він користувався, був першим поршневим насосом для отримання вакууму. Виготовлення ламп розжарювання (Лодигін,1874р.) викликало подальший розвиток вакуумної техніки.

Розширення практичного застосування вакуумної техніки супроводжувалося швидким розвитком методів отримання та вимірювання вакууму. За невеликий період часу на початку XX ст. були винайдені наступні вакуумні насоси: обертальний (Геде, 1905), кріосорбційний (Д. Дьюар, 1906), молекулярний (Геде, 1912), дифузійний (Геде, 1913). Аналогічні успіхи були досягнуті й у розвитку способів вимірювання вакууму. До U-подібного манометра Торрічеллі додалися компресійний (Г. Мак-Леод, 1874), тепловий (М. Пірані, 1909), іонізаційний (О. Баклі,1916). Одночасно вдосконалюються наукові основи вакуумної техніки. У Росії П.Н.Лебедєв (1901) уперше використав у своїх дослідах ідею видалення залишкових газів за допомогою ртутної пари. У цей же період досліджуються фундаментальні властивості газів при низьких тисках та явища переносу (М. Кнудсен, М. Смолуховский, І. Ленгмюр, С. Дешман).

В СРСР становлення вакуумної техніки пов'язане з ім'ям академіка С.А. Векшинського (1896-1974), що організував в 1928 році вакуумну лабораторію в Ленінграді, а потім очолив науково-дослідний інститут в Москві.

Великий вклад в розвиток вакуумної техніки внесла група харківських вчених під керівництвом Б.Г.Лазарєва та К.Д.Синельникова. Під керівництвом Лазарєва в 1945-1950 рр було створено перші в світі кріогенні насоси. Під керівництвом Синельникова в 1936-1941 рр розроблені перші вітчизняні дифузійні паромасляні насоси, в тому числі і високої продуктивності.

Швидкий розвиток вакуумної техніки пов'язаний з розвитком електроніки, ядерної енергетики, прискорювальної техніки. Сучасні досягнення в області вакуумної техніки, широке розповсюдження вакуумно-металургійних і вакуумно-хімічних процесів, роботи в області керованих термоядерних реакцій, техніка отримання тонких плівок, особливо чистих матеріалів для космічних літальних апаратів і випробування цих апаратів в умовах, близьких до космічних, стали можливі тільки завдяки високому рівню розвитку сучасної вакуумної техніки. У червні 1958 р. в Бельгії відбувся перший Міжнародний конгрес із вакуумної техніки, рішенням якого було створення Міжнародного спільноти з вакуумної фізики і вакуумної техніки.

Вакуумна техніка широко застосовується як в промисловості, так і в лабораторній практиці. Наприклад, масове виробництво електровакуумних приладів нерозривно пов'язане з вдосконаленням отримання високого вакууму і можливістю його підтримки. Виготовлення цих приладів вимагає видалення газів (знегажування) і використання гетерів для збереження вакууму. Вакуумну обробку таких приладів проводять на багатопозиційних карусельних відкачуючих автоматах.

Вакуум знайшов застосування при термічному або катодному розпилюванні металу для нанесення покриттів і металізації різних матеріалів.

Хімічна промисловість застосовує вакуумні сушильні апарати при випуску синтетичних волокон, поліамідів, амінопластів, поліетилену, органічних розчинників. Вакуум-фільтри використаються при виробництві целюлози, паперу, мастил. У виробництві барвників і добрив застосовуються кристалізаційні вакуумні апарати.

У харчовій промисловості для тривалого зберігання й консервування харчових продуктів використають вакуумне сушіння. Розфасовка продуктів, здійснювана у вакуумі, подовжує термін зберігання. Вакуумне випарювання застосовується при виробництві цукру.

У медицині вакуум застосовується для збереження гормонів, лікувальних сироваток, вітамінів, при одержанні антибіотиків, анатомічних і бактеріологічних препаратів.

Засоби вакуумної техніки в сучасній експериментальній фізиці забезпечують роботи електрофізичних приладів і установок, в яких здійснюється рух пучків заряджених частинок. Тільки у надвисокому вакуумі можливі дослідження фізичних властивостей поверхонь твердих тіл, а також деякі дослідження, що вимагають отримання газів високої чистоти.

Вирішення багатьох складних проблем науки і техніки вимагає досягнення тиску 10^-10 Па і нижче, а також вимірювання такого тиску. Для цього необхідні досконалі вимірювальні прилади, високочутливі методи перевірки герметичності і створення достатніх ущільнень в апаратурі для надвисокого вакууму, підготовка і очищення поверхонь відкачуваних об'ємів, яка виключає виділення цими поверхнями забруднюючих газів.

Вакуумна техніка – це наука, яка вивчає фізико-хімічні процеси в розріджених газах, а також прилади для отримання, збереження та вимірювання вакууму.

РОЗДІЛ 1

Дата добавления: 2015-07-20