Detail předmětu

Vacuum technology

FEKT-NVAFAk. rok: 2015/2016

Plyn, pára tlak. Kinetická teorie plynů. Objemové a transportní jevy, difúze, viskozita plynu. Proudění plynu vakuovým potrubím. Povrchové procesy, adsospce, desorpce.
Teorie činnosti vývěv. Transportní vývěvy. Sorpční vývěvy.
Měření vakua, tepelné vakouměry, ionizační vakouměry. Zásady konstrukce vakuových aparatur. Technologické procesy ve vakuu.

Výsledky učení předmětu

Na základě ověření znalosti studenta ve cvičeních odborného základu, v laboratorní výuce a při písemné zkoušce je student po absolvování předmětu schopen :

Interpretovat zákony ideálního plynu: Boyle Mariottův, Gay Lussacův a Daltonův.
Odvodit a interpretovat stavovou rovnici plynů.
Odvodit ze stavové rovnice plynů číselnou hodnotu univerzální plynové konstanty, Avogadrova čísla a Boltzmanovy konstanty.
Odvodit ze stavové rovnice plynů závislost tlaku na koncentraci plynu a teplotě.
Definovat podmínky pro modelování procesů v plynech pomocí kinetické teorie plynů.
Vypočítat počet částic dopadajících ve vakuu na jednotku plochy za jednotku času.
Vypočítat střední volnou dráhu částic v plynu a diskutovat její vliv na průběh vakuových procesů.
Definovat a vysvětlit Maxwel-Boltzmannovo rozložení rychlosti částic v plynu.
Vypočítat střední, efektivní (střední kvadratickou) a pravděpodobnou rychlost částic v plynu.
Popsat objemové a transportní jevy v plynu - difúzi částic, viskozitu plynu a tepelnou vodivost plynu.
Popsat a diskutovat povrchové procesy ve vakuu - adsorpci , desorpci a vytvoření monomolekulárních a multimolekulárních vrstev.
Definovat a vysvětlit základní adsorpční izotermy – Langmuirovu, Henryho a izotermu BET.
Definovat tlak nasycené páry a diskutovat mechanismy spojené s tlakem nasycených par a jejich vliv na chování vakuových aparatur a na technologické procesy ve vakuu.
Definovat odpor a vodivost vakuového potrubí.
Definovat mechanismy proudění plynu vakuovým potrubím - proudění turbulentní, viskózní, molekulární a efúzní.
Vypočítat a změřit vodivost vakuového potrubí pro jednotlivé druhy proudění.
Definovat jmenovitou a efektivní čerpací rychlost vývěvy.
Definovat rovnici kontinuity a interpretovat její význam při čerpání vakuových aparatur.
Popsat procesy a mechanismy, které se uplatňují při čerpání vakuových aparatur.
Popsat a diskutovat ovlivnění čerpacího procesu netěsnostmi a desorpcí.
Vypočítat mezní tlak vakuové aparatury.
Vypočítat potřebnou čerpací rychlost vývěvy s ohledem na uspořádání aparatury.
Vypočítat čas potřebný k vyčerpání na žádaný tlak.
Změřit čerpací rychlost vývěvy metodou konstantního tlaku a metodou konstantního objemu.
Popsat a vysvětlit činnost transportních vývěv - rotační olejové vývěvy, Rootsovy vývěvy, turbomolekulární vývěvy, tryskové-ejektorové a difúzní olejové vývěvy.
Popsat a vysvětlit činnost sorpčních vývěv - titanové sublimační vývěvy, diodové iontové vývěvy a triodové iontové vývěvy, kryogenní vývěvy a kryosorpční vývěvy.
Definovat a vysvětlit metody měření vakua.
Popsat a vysvětlit princip Torricelliho trubice a U-trubice.
Popsat a vysvětlit princip tepelných vakuoměrů – termočlánkového a odporového.
Popsat a vysvětlit princip Penningova ionizačního vakuoměru včetně typických oblastí aplikace. Popsat a vysvětlit princip triodového ionizačního vakuoměru včetně typických oblastí aplikace. Definovat zásady konstrukce vakuových aparatur.
Navrhnout a sestavit jednoduchou vakuovou aparaturu.
Popsat a diskutovat technologické procesy ve vakuu – vakuové sušení, vakuové napařování, katodové naprašování, technologie suchého leptání, termickou depozici z plynné fáze a plazmatickou depozici z plyné faze

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Doporučená nebo povinná literatura

Roth A.: Vacuum Technology, 3rd ed., North-Holland, Amsterdam (1990) ISBN: 0-444-88010-0 (EN)
John F. O'Hanlon : “User's guide to vacuum technology”, 3rd ed., New Jersey, John Wiley, 2003. xviii,516p. ISBN : 0-471-27052-0 (EN)
Boušek J.: “Vacuum Technology”, printed lectures, 82 p, FEKT VUT v Brně, Brno (2004) (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují vzájemně provázané přednášky, numerická cvičení a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Každý student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Laboratorní cvičení - 30 bodů; minimum 20 bodů.
Závěrečná zkouška - 70 bodů; minimum 30 bodů.

Jazyk výuky

angličtina

Osnovy výuky

Plyn , pára , tlak a jednotky tlaku a přepočty
Zákony ideálního plynu z. Boyle Mariottův , Gay Lussacův, stavová rovnice plynů , Avogadrovo číslo , zákon Daltonův, důležité konstanty.
Základy kinetické teorie plynů, částicový déšť , závislost tlaku na koncentraci a teplotě , střední volná dráha molekul plynu, Maxwel-Boltzmannovo rozložení rychlosti.
Objemové a transportní jevy difúze, viskozita plynu, tepelná vodivost plynu.
Proudění plynu vakuovým potrubím. Ohmův zákon upravený pro vakuovou techniku, objemový a hmotnostní proud plynu, odpor a vodivost potrubí, řazení potrubí, druhy proudění turbulentní, viskózní, molekulární, efúzní.
Mezní tlaky a čerpací rychlosti vývěv čerpací rychlost a její měření, časy potřebné k vyčerpání na žádaný tlak, minimální tlaky, vliv netěsnosti.
Povrchové procesy adsospce , desorpce, monomolekulární a multimolekulární vrstvy, základní adsorpční isotermy, tlaky nasycených par.
Teorie činnosti vývěv, rozdělení vývěv. Procesy při čerpání.
Transportní vývěvy. Rotační vývěvy, Rotační olejová vývěva, Rootsova vývěva, turbomolekulárn vývěva. Tryskové-ejektorové a difúzní vývěvy.
Sorpční vývěvy, titanová sublimační a titanová výbojová vývěva, diodová a triodová iontová vývěva. Kryogenní a kryosorpční vývěvy, zeolitové vývěvy.
Měření vakua (absolutní a relativní), Torricelliho trubice, U-trubice. Vakuoměry tepelné - termočlánkový a odporový.
Ionizační vakuoměry. Výbojové vakuoměry se studenou katodou, Penningův vakuoměr, alfatron. Triodový ionizační vakuoměr, konstrukční provedení podle typu (Helmer-Hayward, Alpert-Bayard).
Zásady konstrukce vakuových aparatur. Technologické procesy ve vakuu.

Cíl

Získání znalostí potřebných pro porozumění moderním a perspektivním vakuovým výrobně technologickým procesům v elektronice, elektrotechnice, a ve strojírenství.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní cvičení. Numerická cvičení.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-MN magisterský navazující

    obor MN-MEL , 1. ročník, zimní semestr, 4 kredity, volitelný oborový
    obor MN-EVM , 2. ročník, zimní semestr, 4 kredity, volitelný mimooborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení odborného základu

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

eLearning