Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» Иванов И. Г. Вакуумный практикум (учебно-методическое пособие)
|
Скачать 0.61 Mb.
|
|
Произвести измерения (Δt)I, при откачке объема через I–й вакуумпровод. Для этого повернуть кран К2 влево и с помощью секундомера измерить промежуток времени между показаниями (UТП)I = 3 мВ и (UТП)2 = 4 мВ, соответствующих давлениям Р1=7∙10–2 мм рт.ст. и Р2=4,5∙10–2 мм рт.ст. (При использовании самописца прописать зависимость давления в откачиваемом объеме от текущего времени и также определить длительность откачки от (UТП)I до (UТП)2, пользуясь известной для данного типа самописца скоростью протяжки ленты). – Произвести измерения (Δt)II, при откачке объема через II–й вакуумпровод предварительно создав начальное давление с помощью дозатора и повернув кран К2 вправо. 4.5.3. Сравнить рассчитанную и измеренную длительности откачки для каждого вакуумпровода. Вычислить погрешность. 4.5.4. Для выключения установки поставить все краны в нейтральное положение, выключить все приборы, выключить механический ротационный форвакуумный насос ФН и незамедлительно соединить краном К1 входной патрубок насоса с атмосферой.  Рис. 4.1. V – откачиваемый объем, ФН – форвакуумный насос, 1–9 –элементы вакуумпровода, представляющие собой отрезки стеклянных труб разного диаметра и длины, 7 – диафрагма (отверстие в пробке крана К2), К1–К3 – вакуумные краны, ДУ – дозирующее устройство, ВТ–2 – термопарный вакуумметр с датчиком ПМТ-2. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ к работе 4. (Контрольные вопросы включают задания 1–11 в виде теста. Выберите правильный, с Вашей точки зрения, ответ и сравните с ответами, приведенными на стр. 55) 1. Критерий Кнудсена Kn для используемых давлений газа и диаметра трубы D~1см составляет: А. 8–13; Б.0,08–0,13; В. 0,8–1,3 2. При вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода зависит от его диаметра D как А. D; Б. D2; В. D4 3. При молекулярном режиме течения газа проводимость трубопровода зависит от его диаметра как А. D3; Б. D2; В. D 4. При молекулярно–вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода зависит от его диаметра как А. D; Б. D3…4; В. D2 5. При вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода зависит от его длины L как А.L; Б. L–1; В. L–2 6. При молекулярном режиме течения газа проводимость трубопровода зависит от его длины L как А. L–1; Б. L; В. L–2 7. При молекулярно–вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода зависит от его длины L как А. L–2; Б. L–1; В. L 8. Проанализируйте основное уравнение вакуумной техники и ответьте в каком случае Sэфф будет стремиться к SH А. когда U →0; Б. когда U→∞; В. когда U принимает любое значение. 9. Работа объемно–механических насосов основана на А.сжатии газа насосом; Б.разрежении газа в насосе; В.придании молекулам газа однонаправленного импульса. 10. Диффузионный паромасляный насос использует: А. объемно–механическую откачку; Б. молекулярную откачку; В. сорбционную откачку 11. Какой параметр газа и в каком диапазоне давлений регистрируется при измерениях тепловыми манометрами: А.размер молекулы; Б.средняя скорость молекул; В.теплопроводность газа 12. В чем состоит физический смысл понятия проводимости элемента вакуумной системы? 13. Выведите основное уравнение вакуумной техники и? 14. На каком физическом законе основана работа объемно–механических насосов? 15. Перечислите типы объемно–механических насосов. 16. Почему производится обязательный напуск атмосферного воздуха во входной патрубок ротационного объемно–механического насоса после его выключения? Лабораторная работа №5 ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДА ВАКУУМНОГО ИСПАРЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК МЕТАЛЛА 5.1. Цель работы: Изучение теории и техники получения тонких пленок металла методом вакуумного испарения, исследование зависимости толщины пленки от взаимного расположения подложки и испарителя; изучение на примере установки ВУП–4 широко используемых в физическом эксперименте многофункциональных вакуумных установок, 5.2. Перед выполнением работы необходимо: –изучить способы получения вакуума: принцип действия и типы вакуумных насосов, вакуумных кранов ([1]–c.9–20, [2]–с.68–120), –познакомиться с типами испарителей (точечный и плоский), видами распределения испаряемых частиц по направлениям в пространстве, проанализировать выражения для плотности конденсата на подложке для обоих типов испарителей ([1]–c.32–34, [5]–c.37–49), – изучить инструкцию по эксплуатации вакуумметров типа ВТ и ВИТ. 5.3. Отчет по работе должен содержать: –название и цель лабораторной работы, –схему лабораторной, установки, –вывод формулы для отношения плотностей конденсата на двух подложках , находящихся на расстояниях R1 и R2 от точечного испарителя, –то же, если вторая подложка наклонена под углом γ к радиус–вектору, –краткое описание процедуры получения пленки, –результаты измерения отношения толщин пленок, –сравнение результатов расчета отношения плотностей конденсата на подложках и эксперимента по измерению толщин. 5.4. Краткие сведения о тонкопленочной технологии. В физическом эксперименте, радиоэлектронике, оптике и др. отраслях науки и техники, широко используется покрытие различных поверхностей тонким слоем металла. Наиболее химически чистое покрытие получается при использовании для получения пленки вакуумного испарения. Установлено, что при достаточно высоком вакууме (малом давлении остаточных газов), когда длина свободного пробега испарившейся частицы λ>>R, где R – расстояние от испарителя до подложки с пленкой, – испаряющиеся частицы движутся прямолинейно, не испытывая столкновений, и для анализа картины напыления можно использовать аналогию с распространением света в пространстве, и это позволяет формировать рисунки в тонких пленках с помощью масок, – скорость испарения получается максимальной, – частицы металла и в испарителе, и во время движения не вступают в реакцию с атомами остаточных газов, и в результате пленка получается химически чистой. Для точечного испарителя при пространственно изотропном распределении скоростей–молекул (рис.5.1,а), масса вещества, осажденного на единицу площади (поверхностная плотность конденсата) q, следующим образом зависит от расстояния подложки до испарителя R и от угла γ между нормалью к поверхности подложки и направлением на испаритель (см.[1]–с.32–34, [5]–c.40–49):  (5.1)Отношение плотностей конденсата на двух подложках с различными R и γ будет равно  (5.2)Если h – высота испарителя над столиком с подложками, а l – расстояние между подложками (см., рис. 1,б) то выразив тригонометрические функции и R через l и h, легко можно получить:  (5.3)(Это выражение называют также формулой Векшинского) 5.5. Методика определения отношения толщин двух пленок Легко показать, что отношение плотностей конденсата на пленках равно отношению их толщин t. В самом деле, т.к. q = Q/S, а масса пленки Q = ρ∙S∙t, где ρ – плотность материала пленки, получим  (5.4)В работе отношение t1/t2 находится оптическим методом, который состоит в следующем. Если на пленку толщиной t падает свет интенсивностью I0, то интенсивность прошедшего света I будет равна  (5.5),где α – коэффициент поглощения излучения пленкой, см–1. Если две тонких пленки №1 и №2 сделаны из. одного вещества и если считать коэффициент α не зависящим от t, получим  и  (5.6),откуда  и  (5.7),и отношение толщин пленок  . (5.8),В качестве источника света в работе используется гелий–неоновый лазер. Значения I0, I1 и I2 определяются с помощью фотоэлемента (см., рис.5.2) 5.6. Описание специализированной лабораторной установки для термического напыления. Установка состоит из вакуумной части и блока питания для нагревания испарителя. В верхней части установки расположена стальная массивная плита, герметизированная сверху съемным стеклянным колпаком. Пространство между плитой и колпаком образует рабочий объем РО, в котором располагается нить испарителя и столик с подложками. Рабочий объем откачивается через отверстие в плите с помощью механического ротационного (форвакуумного) насоса ФН и высоковакуумного диффузионного паромасляного насоса ДН. Коммутация рабочего объема и насосов осуществляется с помощью вакуумных стеклянных трубопроводов и вакуумных стеклянных трёхходовых кранов К1–К3. Краном К1 форвакуумный насос ФН подключается через форбаллон к диффузионному насосу ДН, а также производится пуск атмосферного воздуха в ФН после его останова при выключении установки. Кран К2 предназначен для отключения ФН от рабочего объема и напуска атмосферного воздуха под колпак, что уравнивает давления и позволяет его поднять. Краном К3 рабочий объем подключается либо к осевому патрубку крана К2 (и далее к ФН), либо – к ДН. Контроль давления осуществляется с помощью термопарного и ионизационного манометров-вакуумметров (типа ВИТ). Испаритель выполнен в виде нагреваемой вольфрамовой нити, посередине которой образуется «капля» из испаряемого металла. Блок питания испарителя состоит из регулируемого автотрансформатора и понижающего трансформатора и таймера. 5.6.1. В качестве подготовки в выполнению работы найдите правильное положение кранов, проследив по схеме установки путь течения остаточных газов из рабочего объема: а) при запуске установки, б)при откачке ФН, в) при откачке ДН, г) при впуске воздуха в рабочий объем (для снятия колпака и монтажа подложек), и заполните Таблицу 1 (в рабочей тетради). Таблица 1
5.7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ УКАЗАНИЯ ПО МЕРАМ БЕЗОПАСНОСТИ 1. Работа должна выполняться бригадой, включающей не менее двух человек, причем в каждый момент времени все переключения и регулировки должен выполнять только один человек, а другой (другие) студенты должны внимательно контролировать правильность его действий. 2. При выполнении работы следует постоянно иметь в виду, что оболочки откачанных сосудов, в том числе колпака, вакуумпровода, кранов и др. находятся под давлением, равным разности атмосферного давления и давления внутри сосуда, т.е. при откачке – под давлением, практически равном атмосферному. Поэтому любые повреждения оболочек приводят к мгновенному их разрушению и разлету осколков, которые могут нанести травму. В связи с этим при выполнении работы категорически запрещается: – работать с вакуумным стеклянным колпаком без его внешней защиты (сеткой, щитками и др.), – приступать к снятию колпака с плиты без ведома лиц, проводящих занятие, а также пытаться снять колпак при наличии разности давлений, т.е. когда давление под колпаком ниже атмосферного, – прикладывать к ручкам вакуумных стеклянных кранов чрезмерно большие усилия, а также при вращении кранов держать в руке какие–либо предметы, – держать на рабочем столе посторонние предметы (сумки, одежду и пр.), – включать установку без разрешения лиц, проводящих практикум, При работе с гелий–неоновым лазером ЗАПРЕЩАЕТСЯ производить визуальную юстировку лазера без необходимых средств защиты; смотреть «в луч» лазера; направлять излучение лазера на человека. В установке, находящейся под напряжением, разъединять разъемы, а также осуществлять какие–либо переключения, не оговоренные инструкцией. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 |
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Упр. Выучите наиболее распространенные эквиваленты экономических терминов (макроэкономика) |
 |
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Учебно-методическое пособие Казань 2008 федеральное агентство по... Полевая археологическая практика Казанского государственного университета: Учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся... |
|
Учебно-методическое пособие великий новгород Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Научно-исследовательский институт физики Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» |
|
Учебно-методическое пособие Рекомендовано методической комиссией... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный... |
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Учебно-методическое пособие Ростов-на-Дону 2011 удк 656. 25 + 06... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный... |
|
Методические указания предназначены для студентов 3-4 курсов. Содержание... Методические указания разработаны сотрудником кафедры прикладной математики и программирования: кандидатом технических наук, доцентом... |
|
Учебно-методическое пособие для студентов Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования |
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Учебно – методическое пособие составлено в соответствии с требованиями гос впо по направлению 080100. 68 «Экономика», фгос впо по... |
|
«Дальневосточный федеральный университет» (двфу) Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Руководство пользователя электронной торговой площадки федерального... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Разработка и исследование двухканального приемника оптических импульсов... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «южный федеральный университет» |
|
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |