Вакуумная техника

Определение вакуума

Vacuum (англ.) — термин вакуумной техники. В этой области вакуум рассматривается относительно атмосферы и означает состояние, при котором часть газа удалена из ограниченного пространства, а его давление ниже атмосферного. Такое пространство принято называть вакуумом или вакуумным состоянием.

В вакуумной технике замкнутый объём, даже находящийся под глубоким вакуумом, не является абсолютно пустым: даже в условиях современного сверхвысокого вакуума в нём остаётся значительное число молекул газа.

Классификация вакуума

В вакуумной технике по величине давления выделяют четыре области:

1. Низкий вакуум (Rough Vacuum): 760–1 Торр — вязкостный режим течения газа.
2. Средний вакуум (Medium Vacuum): 1–10⁻³ Торр — переходный режим.
3. Высокий вакуум (High Vacuum): 10⁻³–10⁻⁷ Торр — молекулярный режим.
4. Сверхвысокий вакуум (Ultra-high Vacuum): ниже 10⁻⁷ Торр — молекулярный режим.

Единицы измерения

1 стандартная атмосфера = 1 атм = 760 мм рт. ст. = 760 Торр = 14,7 psi
= 1,03327 кгс/см² = 1,103 × 10⁵ Па = 1013 мбар (применяется в метеорологии)

Вакуумная техника

Вакуумная техника — это область техники, предметом которой является создание условий с давлением ниже атмосферного. Вакуум — это разреженное газовое пространство с давлением существенно меньше 101,325 кПа (1 атм).

В вакуумной технике помимо единицы СИ — Па — в качестве единицы давления часто используется Торр (Torr). 1 Торр равен давлению, которое создаёт столбик ртути высотой 1 мм (1 мм рт. ст.), то есть 1 Торр = 133,3224 Па. По уровню давления вакуум принято подразделять на:

• низкий вакуум — 1×10⁵ … 1×10² Па;
• средний вакуум — 1×10² … 1×10⁻¹ Па;
• высокий вакуум — 1×10⁻¹ … 1×10⁻⁵ Па;
• сверхвысокий вакуум — 1×10⁻⁵ … 1×10⁻⁹ Па;
• сверхглубокий вакуум — ниже 1×10⁻⁹ Па.

Теоретические основы вакуумной пропитки

1 атм и 7 кПа — разница значительная. На первый взгляд разница велика, однако эффективность откачки зависит от перепада давления между внутренним объёмом и атмосферой: чем больше перепад, тем глубже откачка и тем больше масла проникает в поры. Типичный механический насос обеспечивает остаточное давление порядка 1 Торр (0,13 кПа) … 10 Торр (1,3 кПа), то есть перепад к атмосфере составляет 98,7–99,87 кПа. Спецификация MPIF42 предъявляет требование <7 кПа; если принять 3 кПа, перепад к атмосфере равен 97 кПа. Соотношение двух вариантов: 98,7 / 97 = 1,017 либо 99,87 / 97 = 1,030 — отличие всего 2–3 %. Фактический объём откачанного газа отличается ещё меньше, то есть количество проникшего масла практически одинаково.

Реально достичь остаточного давления ровно 1 атм (т.е. 0 кПа) невозможно; даже диффузионный насос стоимостью 30 000 юаней позволяет получить лишь около 0,000013 кПа, что эквивалентно −0,9999999 атм.

Полезные соотношения:

• 1 кПа = 7,5 Торр
• 1 Торр = 0,1333 кПа
• 1 атм = 760 Торр = 760 × 0,1333 = 101,308 кПа

При остаточном давлении 1 Торр перепад к атмосфере: 101,308 − 0,1333 = 101,1747 кПа. При 10 Торр: 101,308 − 1,333 = 99,975 кПа.

Для MPIF42 < 7 кПа: если 3 кПа — перепад 101,308 − 3 = 98,308 кПа; если 7 кПа — перепад 101,308 − 7 = 94,308 кПа. Отношения 101,1747 / 98,308 ≈ 1,029 и 101,174 / 94,308 ≈ 1,072; 99,975 / 98,308 ≈ 1,016 и 99,975 / 94,308 ≈ 1,060. Различия 1,029 − 1,016 = 0,013 (1,3 %) и 1,072 − 1,060 = 0,012 (1,2 %).