【康沃真空網(wǎng)】在大氣狀態(tài)或低真空區(qū)域內(nèi),固體與氣體接觸時(shí),在固體表面及內(nèi)部都會(huì)吸氣,在高真空區(qū)域內(nèi),被吸收或吸附的氣體又會(huì)部分或全部地逐漸釋放出來。
在真空技術(shù)中,這種吸氣和放氣現(xiàn)象不僅關(guān)系到真空的獲得與保持,而且還影響到真空測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性,因此,了解和掌握這種現(xiàn)象是很重要的。
固體吸氣有兩種情況:一種是固體表面吸氣,稱為吸附;另一種是固體內(nèi)部吸氣,稱為吸收。吸附、吸收的綜合作用統(tǒng)稱為收附。固體放氣即收附的逆過程稱為解吸。
1、吸附
眾所周知,固體內(nèi)部分子之間有著比較強(qiáng)的結(jié)合力。常溫下,這些分子是按照一定的排列結(jié)合在一起的,形成一定形狀的固體結(jié)構(gòu)。在固體內(nèi)部,每一個(gè)分子受到各個(gè)方向來的結(jié)合力的作用處于平衡狀態(tài)。但是,處于固體表面分子朝外一個(gè)方向的力沒有飽和,因此整個(gè)表面布滿著向外引伸的吸力即剩余力場(chǎng),其作用距離約為一個(gè)分子直徑。
所以,當(dāng)氣體分子與固體表面碰撞時(shí),就進(jìn)入其剩余力場(chǎng)的作用范圍內(nèi)使氣體分子在固體表面形成吸附。吸附作用主要與下列因素有關(guān)。
(1)固體表面積越大,表面狀況越粗糙其吸附能力越強(qiáng),特別是帶有大量細(xì)孔或粉狀的材料具有很高的吸附能力。如活性碳、硅膠、活性氧化鋁、分子篩、五氧化二磷等。
(2)吸附力隨氣體分子與固體表面距離增加而迅速減小,因此一般吸附層僅為一單分子層。當(dāng)溫度低于氣體臨界溫度時(shí),會(huì)出現(xiàn)吸附著多層氣體分子組成的氣體薄膜。此外,具有大量微孔的材料在低壓強(qiáng)下也能產(chǎn)生多分子層吸附。
(3)當(dāng)溫度不變以及壓強(qiáng)較低時(shí),吸附作用隨壓強(qiáng)的升高而增大,當(dāng)壓強(qiáng)增至一定值時(shí),固體的吸附性能趨于飽和。
(4)在壓強(qiáng)不變時(shí),溫度越低吸附量越大。
(5)氣體的沸點(diǎn)越低吸附量越小。
(6)在溫度一定時(shí),低壓強(qiáng)下吸附時(shí)間與壓強(qiáng)成反比。
2、解吸
被固體收附的氣體分子,在一定的條件下,會(huì)離開固體重新解脫出來,這就是解吸。
解吸的難易程度,與氣體的種類和固體材料以及表面狀態(tài)有關(guān)。但總的規(guī)律是,在一定的壓強(qiáng)下,隨著溫度增高,解吸作用加快。
這是由于每個(gè)被吸附的氣體分子要從固體表面上解吸出來,必須獲得一定的能量,來克服它與固體表面分子間的結(jié)合力,這種能量稱為解吸熱。因此,提高固體材料的溫度,使吸附的氣體分子獲得的能量大于所需的解吸熱時(shí),氣體分子就被解吸。在較低壓強(qiáng)下加熱,能加速解吸作用。
吸附和解吸是真空加熱時(shí)的兩種基本物理現(xiàn)象,了解這兩種現(xiàn)象的原理,對(duì)于我們了解真空熱處理工藝,也就不會(huì)顯得那么陌生了。