Introdução à tecnologia de vácuo

I – Alguns conceitos e aplicações

II - Escoamento de gases

III - Bombas de vácuo

IV - Medidores de pressão

Taxa de recobrimento de uma superfície:quantas camadas depositadas por segundo?

kT

P

V

Nn

Densidade:

Livre caminho médio ():comparar com as dimensões físicas do sistema

I - Alguns conceitos e aplicações:

Aplicações: para que fazer vácuo?

Aumentar o livre caminho médio. Ex.: tubo de televisão, aceleradores

Evitar reações químicas. Ex.: fabricação de um espelho adesão

Evitar a presença de contaminantes. Ex.: filmes em lentes fotográficas

Diminuir o fluxo de partículas sobre uma superfície. Ex.: estudo da física de superfícies

Pressão(Fração de uma

atmosfera)

NumberDensity(cm-3)

Livre caminho médio (cm)

Fluxo se partículas(cm-2 sec-1)

Tempo p/ uma monocamada (sec)

1 2.5 x 1019 6.5 x 10-6 2.9 x 1023 3 x 10-9

1/10 2.5 x 1018 6.5 x 10-5 2.9 x 1022 3 x 10-8

1/1,000 2.5 x 1016 6.5 x 10-3 2.9 x 1020 3 x 10-6

1/1,000,000 2.5 x 1013 6.5 2.9 x 1017 3 x 10-3

1/1,000,000,000 2.5 x 1010 6.5 x 103 2.9 x 1014 3

1/1,000,000,000,000 2.5 x 107 6.5 x 106 2.9 x 1011 3000

Alguns números...

× dimensões características (D)

<< D regime viscoso

>> D regime molecular

II – Escoamento de gases

Para introduzir os parâmetros velocidade de bombeamento e throughput Ex.: pistão sem atrito

para bomba

Pistão sem atrito

P

P=const.

NkTPV

kTt

N

t

VP

t

VS

Definido a velocidadede de bombeamento:

kTt

NPS

Definido throughput: PSQ

kTt

NQ

[S]=litros/s

[Q]=Torr litros/s

Para T constante Q é constante ao longo do sistema! (S e P variam)

t

N

P

kTS

Bombeamento de um sistema

P

kTNNPV f fNNkT

PV

t

NkT

t

NkT

t

T

T

PV

t

PV

t

VP f

Se T=const. e V=const.,

t

NkT

t

NkT

t

PV f

t

N

P

kTS

Mas,

t

NkTPS

t

PV f

.constt

NkTQ f

f

se

S

Qe

S

QPP fttVSf

tt

)(/ 12

12

.constS e

Condutância: definição

Um tubo sujeito a uma diferença de pressão P1-P2 apresenta uma certa impedância (Z)ao fluxo de massa que passa por ele.

O inverso desta impedância é a condutância (C=1/Z) do tubo.

Notem: C e S têm as mesmas unidades !

Q

PPZ 21

ou

21 PP

QC

Condutância: a equação mestre

Bomba,

Representação esquemática de um sistema de vácuo(Building Scientific Apparatus J. H. Moore et al.)

S

QP 1

PS

QP 2

CPPQ 21

CSS P

111

Combinação de condutâncias:

321

1111

CCCCserie

321 CCCCparalelo

Exemplos de fórmulas para condutância:

14

180 slitrosPL

DC

(P em Torr. D e L em cm.)

Regime de fluxo viscoso:

Regime de fluxo molecular:

Tubo reto com seção reta circular a 20 oC

13

12 slitrosL

DC

III - Bombas de vácuo

Bomba de pistao rotativo

Bomba rotativa de palheta

img_rotary1.mov

Roots pump

Scroll Pump

Scroll Animation.swf

(Bomba seca de rolos)

Bomba de Sorção

Bomba difusora

Obs.: Trap

Bomba Criogênica

Bomba turbo-molecular

Bomba de sublimação de titânio

Bomba iônica

IV - Medidores de pressão

Regiões de trabalho

Bourdon

Manômetro capacitivo

Termopar

Pirani

Ion gauge(de catodo quente)

Ion gauge(de catodo frio)

Espectrocopia de massa

McLeod

Manômetro de rotor girante