Способ обезгаживания изделий

 

Использование: обезгаживание изделий, содержащих в своем составе неметаллические материалы (пластмассы, резины, герметики, лаки, краски, изоляционные материалы и т.п.), а также элементы (узлы, детали, сборки), подлежащие защите о продуктов газовыделения (стекла, зеркала, линзы, электронные схемы и др. ). Сущность изобретения: изделие помещают в вакуумную камеру и вакуумируют при непрерывном нагреве и подаче в камеру подпиточного газа, подпиточный газ подается непрерывно с начала процесса обезгаживания изделия в зону защищаемой поверхности, а количество подаваемого газа пропорционально потоку газовыделения изделия, подвергаемого обезгаживанию. 2 табл., 4 ил.

Изобретение относится к способам обезгаживания изделий, содержащих в своем составе неметаллические материалы (пластмассы, резины, герметики, лаки, краски, изоляционные материалы и т.п.), а также элементы (узлы, детали, сборки), подлежащие защите от продуктов газовыделения (стекла, зеркала, линзы, электронные схемы и др.).

Известен способ обезгаживания изделий /1/, по которому изделие обезгаживается поблочно. Каждый блок (сборка) в соответствии с составом материалов, входящих в него, имеет индивидуальный режим обезгаживания: температуру нагрева в пределах 50.80 oС, продолжительность вакуумирования при заданной температуре нагрева и вакууме 5.370 часов (или до достижения заданной скорости гажения) и постоянные параметры: давление в начале процесса нагрева не более 1 Па, выдержка при заданной температуре в вакууме не хуже 10-2Па, снижение скорости газовыделения до 5% от первоначальной.

Аналогичный способ обезгаживания изделий применяется в США /2/. Отличия в способе не носят принципиального характера: температура нагрева несколько ниже (+35oС), вакуум более высокий (до 10-7 Па), снижение скорости газовыделения до 1.5.30 Такие отличия обусловлены более строгим отбором материалов, используемых в космическом телескопе Хоббла. Существенной особенностью является то, что сборки обезгаживаются без зеркал (они устанавливаются при окончательной сборке телескопа). Это указывает на то, что данный способ обезгаживания не исключает загрязнения зеркал.

Наиболее близким я предлагаемому способу является способ обезгаживания изделий, описанный в3\ включающий нагревание изделий, помещенных в герметичную вакуумную камеру при непрерывной откачке. При этом вакуум достигает значений 10-5 мм рт. ст. (1,3310-3Па).

Прототип обладает следующими недостатками.

1. Процесс обезгаживания идет замедленно, качество обез гаживания низкое. Это связано с тем, что при принятых значениях вакуума длина свободного пробега молекул продуктов обезгаживания превышает размеры свободных пространств в камере и возникает процесс многократной резмиссии (редесорбции) молекул от изделия к стенкам камеры или экранам и от них обратно к изделию.

2. Вследствие многократной резмиссии продуктов обезгаживания (летучих конденсирующихся веществ) возможно загрязнение чувствительных поверхностей (зеркал, линз, стекол) изделий, что исключает возможность обезгаживания изделий в собранном состоянии.

Задачей изобретения является повышение эффективности обезгаживания изделий, работающих в глубоком вакууме.

Постановленная задача решается в предлагаемом способе обезгаживания изделий, включающем их нагрев в герметичной камере при непрерывном вакуумировании. Отличающимся от прототипа тем, что в камеру в зону защищаемой поверхности изделия с начала процесса обезгаживания непрерывно подают подпиточный газ, количество которого пропорционально потоку газовыделения обезгаживаемого изделия.

Сущность способа заключается в том, что процесс обезгажи вания ведется при непрерывном притоке чистого газа, с момента начала газовыделения, в зону защищаемой поверхности. Газ, смешиваясь с продуктами газовыделения, снижает концентрацию этих продуктов до заданной величины и создает направленный поток этой смеси в направлении от защищаемой чувствительной поверхности в сторону откачки за счет местного перепада давления.

Динамика процесса газовыделения изделия может быть определена по известным формулам, m% = a+bt (1) q(t) = A(1-e-t)+Bt (3) q(t) = qo/t2 (4) где m% количество продуктов газовыделения в от их общего количества в изделии; t время, с (час); a, b, ,, z эмпирические коэффициенты, полученные при исследованиях материалов; q 0 поток газовыделения в начале процесса (максимальное значение), м3Па/с.

Пользуясь формулами 1.5, можно определить изменение потока газовыделения по времени и ожидаемую продолжительность процесса обезгаживания до заданной допустимой скорости остаточного газовыделения.

Очевидно, что поток подпиточного газа целесообразно сопоставить с потоком газовыделения и с заданной чистотой защищаемой поверхности. В этом случае коэффициент, определяющий заданную чистоту газовой атмосферы в зоне изделия, может быть определен как ,
где qгп(t) текущее значение потока газовой подпитки, м3Па/с; q(t) текущее значение потока газовыделения изделия, м3Па/с.

Из очевидных соображений концентрация продуктов газовыделения определяется из соотношения

Исходя из предположения, что снижение концентрации продуктов гажения в газовой среде вблизи защищаемых поверхностей приводит к соответствующему повышению чистоты этих поверхностей по отношению к результатам обезгаживания, предлагаемому в прототипе, при выборе коэффициентов, определяющих степень чистоты при обезгаживании различных изделий, можно рекомендовать коэффициенты, приведенные в табл.1. Суммарный газовый поток, поступающий в вакуумную систему, определяется по формуле:
Q(t) = q(t)+qгп(t) = q(t)(n+1) (8)
На фиг. 1 представлено устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит вакуумную камеру 1, в которую помещено изделие 2 на подставке 3. Камера оснащена нагревателями 4, тепловым экраном 5, трубопроводом откачки 6 с находящимися в нем датчиками контроля уноса продуктов гажения 7 и давления 8, трубопроводом подачи подпиточного газа 9 с дозирующим устройством 10 и фильтр ром 11, внутренним трубопроводом 12 с отводами 13, 14,15 к местам расположения чувствительных элементов изделия - главному зеркалу 16, вторичному зеркалу 17 и приборному отсеку 18.В качестве изделия 2 на фиг.1 схематически изображен телескоп типа Хаббла.

Устройство может быть дополнено масс-спектрометром для определения химического состава продуктов гажения.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Изделие 2, подлежащее обезгаживанию (фиг. 1), помещается в вакуумную камеру 1. Через патрубок 6 производится откачка. При давлении порядка 10Па начинается газовая подпитка, препятствующая обратной диффузии из вакуумной системы. При давлении порядка 1Па включается нагревательное устройство 4 и к моменту достижения заданной температуры нагрева изделия поток газовой подпитки доводится до расчетного (максимального) значения. Газ подпитки через фильтр 11 и дозирующее устройство 10 по внешнему трубопроводу 9 и внутреннему трубопроводу 12 поступает к узлам изделия 2, подлежащего защите от загрязнения 16, 17, 18 через отверстия (сопла) 13, 14, 15. Поступающий подпиточный газ создает практически чистую атмосферу в зоне защищаемых узлов, снижает концентрацию продуктов гажения во всем объеме камеры и изделия до заданного расчетного значения и создает направленный поток, направленный от защищаемых поверхностей в откачку. Скорость выхода продуктов обезгаживания измеряется датчиком контроля уноса 7, изменение давления в камере датчиком 8.

По мере снижения потока газовыделения изделия соответственно снижается поток подпиточного газа дозирующим устройством 10, сохраняя заданное соотношение потоков газовыделения q (t ) и газовой подпитки q гп(t) т.е.n Одновременно происходит понижение давления в вакуумной камере.

При достижении скорости уноса продуктов газовыделения заданного значения, например, 5 от первоначальной /1/ или до 3,5% /2/ отключается система нагрева изделия. Изделие 2 остывает при продолжающейся откачке и подаче подпиточного газа. При охлаждении изделия до температуры окружающей среды помещения выключается подача подпиточного газа и откачка. Вакуумная камера заполняется чистым воздухом или азотом. На графике фиг.2 представлены кривые, отражающие характер изменения параметров процесса обезгаживания:
давление я вакуумной камере p (t)
общий газовый поток Q = q(t)+qгп(t)
температура изделия T o (t)
поток газовой подпитки q гп (t)
поток газовыделения q (t)
Стадии процесса (временные интервалы) обозначены точками.

t1 начало процесса вакуумирование;
t2 давление в вакуумной камере p10Па, начало нагрева изделия;
t3 температура изделия достигает заданного значения, потоки газовыделения, газовой подпитки и общая газовая нагрузка достигают максимального значения; давление в камере постоянное или незначительно возрастает;
t4 скорость газовыделения снизилась до заданного значения, выключение устройства нагрева, начало охлаждения изделия;
t5 -температура изделия доведена до температуры окружающей среды; конец откачки, начало заполнения вакуумной камеры чистым газом (воздухом или азотом);
t6 -давление в вакуумной камере доведено до атмосферного; конец процесса.

На фиг.3 показано изменение концентрации (К,) газовой смеси при обезгаживании по способу прототипа кривая 1 и по предлагаемому способу - кривая 2. Точка t2 момент достижения заданного рабочего давления Pраб.Из данного графика видно, что по прототипу обезгаживание ведется при концентрации газовой смеси около 100% на участке обезгаживания до момента t2; и только после этого концентрация снижается до заданного значения.По предлагаемому способу обезгаживание производится при любом заданном значении концентрации.

Ниже приведены примеры расчета процесса обезгаживания телескопа типа Хаббла.

Пример 1. Исходные данные:
Обезгаживаемое изделие телескоп, требования к чистоте зеркал- высокие.

Объем трубы телескопа 10 м3, диаметр 1,8 м.

Температура обезгаживания 50oС.

В соответствии с рекомендациями табл.1 для телескопа (требования к чистоте-высокие) определяем коэффициенты n= 9; k=10% Быстроту откачки объекта принимаем равной S0= 2,5 м3/с. Расчет потока газовыделения изделия определяем по формуле 1 при значениях коэффициентов a=1,2, b 0,4 /1/.

Результаты расчетов параметров процесса обезгаживания приведены в табл. 2.

Определяем давление в вакуумной камере при максимальной газовой нагрузке по формуле


Расчетная продолжительность обезгаживания при снижении скорости газовыделения до 5% составит около 200 час.

2. Для облегчения расчетов при решении задачи обезгаживания изделия построена номограмма на фиг.4б отображающая взаимосвязь параметров обезгаживания на основе формулы 9. По ней можно определить один из параметров:
рабочее давление на участке максимального газовыделения pmax;
быстроту откачки объекта S0
суммарный поток газовой смеси Qmax..

Пример решения задачи обезгаживания по номограмме.

Исходные данные:
газовыделение изделия (максимальное) q (t)max=0,4 м3Па/с;
требование к чистоте изделия после обезгаживания среднее из табл.1 выбираем n=4;
допустимое максимальное рабочее давление на участке макси мального газовыделения p max=1Па.

Определяем максимальное газовыделение по (8)
Qmax = q(t)(n+1)= 0,4.5=2м3Па
По номограмме на фиг.4 определяем необходимую быстроту откачки объекта
S0=1,8 м3/с.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение отличается следующими преимуществами:
Сокращается концентрация летучих конденсирующих веществ ЛКВ в зона чувствительных элементов изделия.

Обеспечивается ускоренный вынос продуктов гажения в откачку.

Обеспечивается непрерывность и регулируемость выноса продуктов гажения из вакуумной камеры.

Исключается воздействие на изделие обратной диффузии и эагрязнений вакуумной камеры.

Сокращается время обезгаживания изделий за счет возможности обезгаживания изделия в сборе в 3 раза по сравнению с технологией, принятой в США /2/, и в 4,5 раза по отношению к технологии, предусмотренной в прототипе /1/.

Таким образом значительно повышается эффективность процесса обезгаживания изделий.

Кроме того, появляется возможность обезгаживания изделий, имеющих в составе чувствительные к загрязнениям элементы (зеркала, линзы, стекла, электронные схемы и т.п.). 2


Формула изобретения

Способ обезгаживания изделий, включающий их нагрев в герметичной камере при непрерывном вакуумировании, отличающийся тем, что в камеру в зону защиты поверхности изделий с начала процесса обезгаживания непрерывно подают подпиточный газ, количество которого пропорционально потоку газовыделения обезгаживаемого изделия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам обезгаживания неметаллических материалов , входящих в состав сложных изделии, и может найти применение при обезгаживании космических аппаратов

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в автоматических титрометрах непрерывного действия

Изобретение относится к контролю качества жидких нефтепродуктов и может быть использовано для определения температуры кипения фракций нефтепродуктов и в процессе их производства

Изобретение относится к исследованию химических и физических свойств веществ, в частности; к спо собам определения содержания водорода в металлах, и может быть применено в металлургии, машиностроении и гальванотехнике

Изобретение относится к области физико-химических исследований., а именно к способам определения скорости взаимодействия жидкости с твердым веществом

Изобретение относится к области измерительной техники и заключается в определении расширения объекта посредством тензометрического датчика

Изобретение относится к анализу качества авиационных и автомобильных бензинов, а именно к способу определения давления насыщенных паров авиационных и автомобильных бензинов

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и, в частности, к комплексам, предназначенным для определения термической стойкости различных веществ
Наверх