1. MAGAS HİMÉRSÉKLETEK ELİÁLLÍTÁSA ÉS MÉRÉSE



Hasonló dokumentumok
Környezetbarát tervezés

7.3. Plazmasugaras megmunkálások

Felületmódosító technológiák

Reaktortechnika. A reaktortechnikában használatos anyagok I. Üzemanyagok

Vákuumtechnika Bevezetés, történet. Csonka István Frigyes Dávid

MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELİK I

Plazmasugaras felülettisztítási kísérletek a Plasmatreater AS 400 laboratóriumi kisberendezéssel

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK Fémek technológiája

Villamos melegítés, hajtások

ATOMEMISSZIÓS SPEKTROSZKÓPIA

A Laboratórium tevékenységi köre:

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

VILLAMOS MELEGÍTÉS, HAJTÁSOK

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

Gázelosztó rendszerek üzemeltetése III. rész Gázelosztó vezetékek korrózióvédelme

ELTE Fizikai Intézet. FEI Quanta 3D FEG kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp

VÉKONYRÉTEGEK ÉS ELŐÁLLÍTÁSUK

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

A hımérséklet a levegı fizikai állapotának egyik alapvetı termodinamikai jellemzıje. Mérését a következı körülmények teszik lehetıvé: A testek

MÉRÉSI UTASÍTÁS. A jelenségek egyértelmű leírásához, a hőmérsékleti skálán fix pontokat kellett kijelölni. Ilyenek a jégpont, ill. a gőzpont.

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Műszaki klub Előadó: Raffai Lajos

Fémes szerkezeti anyagok

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

IpP-CsP2. Baromfi jelölı berendezés általános leírás. Típuskód: IpP-CsP2. Copyright: P. S. S. Plussz Kft, 2009

Acélok nem egyensúlyi átalakulásai

Plazmavágás

Idıszerő felszólalás (5 dia): Vízenergia hıhasznosítása statisztika a hıszivattyúzásért

Mőködési elv alapján. Alkalmazás szerint. Folyadéktöltéső nyomásmérık Rugalmas alakváltozáson alapuló nyomásmérık. Manométerek Barométerek Vákuummérık

5. VÉKONYRÉTEG TECHNOLÓGIÁK

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Energiagazdálkodás és környezetvédelem 3. Előadás

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek

MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELİK II

Anyagismeret tételek

VÉDŐGÁZAS ÍVHEGESZTÉSEK

Nemzeti Akkreditáló Testület. RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAT /2013 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

OLVADÉKOK MEGSZILÁRDULÁSA

FIZIKA KÖZÉPSZINTŐ SZÓBELI FIZIKA ÉRETTSÉGI TÉTELEK Premontrei Szent Norbert Gimnázium, Gödöllı, május-június

Faanyagok modifikációja_06

Anyagfelvitellel járó felületi technológiák 2. rész

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Kötő- és rögzítőtechnológiák

1. feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: 9

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

f = n - F ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

ELTE II. Fizikus, 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan 9. (XI. 23)

FÉMÖTVÖZETEK HŐKEZELÉSE

Vákuumtechnika segédlet 2009 internetrıl ollózva

Stabilizotóp-geokémia II. Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet



Fémötvözetek hőkezelése ANYAGMÉRNÖKI ALAPKÉPZÉS (BSc) Hőkezelési szakirány

7. KÜLÖNLEGES ÁRAMLÁSMÉRİK

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

Előzmények. a:sige:h vékonyréteg. 100 rétegből álló a:si/ge rétegrendszer (MultiLayer) H szerepe: dangling bond passzíválása

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

Szerszámanyagok. Mőanyag fröccsöntı szerszámok tervezése és gyártása. Szerszámanyagok. Acél Alumínium Bronzötvözet

A TÖMEGSPEKTROMETRIA ALAPJAI

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2017 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Az elektromágneses tér energiája

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 7. osztály. A versenyz jeligéje:... Megye:...

Szénszálak és szén nanocsövek

Határréteg mechanizmus vizsgálata nyílt vízi és nádas vízi jellegzónák között. Kiss Melinda

Programozható vezérlő rendszerek. Elektromágneses kompatibilitás II.

Elektronátadás és elektronátvétel

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék. Emisszió mérés berendezései

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

Térfogatáram hagyományos mérése

Hőkezelés minőségbiztosítása. Hőkezelő berendezések. Dr. Fábián Enikő Réka

Acetilén és egyéb éghető gázok felhasználása pro és kontra. Gyura László, Balogh Dániel Linde Hegesztési Szimpózium Budapest,

CORONA MWI Rádiózható nedvesenfutó házi vízmérı

Általános és szervetlen kémia 1. hét

DICHTOMATIK. Beépítési tér és konstrukciós javaslatok. Statikus tömítés

Vákuumtechnika UHV vákuum-rendszerek. Csonka István Frigyes Dávid

Hegeszthetőség és hegesztett kötések vizsgálata

Fázisátalakulás Fázisátalakulások diffúziós (egyedi atomi mozgás) martenzites (kollektív atomi mozgás, diffúzió nélkül)

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (2) a NAH /2016 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

VÁKUUMTECHNIKA. Bohátka Sándor és Langer Gábor 15. ÖNELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK. TÁMOP C-12/1/KONV projekt

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

Magyarkuti András. Nanofizika szeminárium JC Március 29. 1

Hibrid Integrált k, HIC

1. táblázat. Szórt bevonatokhoz használható fémek és kerámiaanyagok jellemzői

Felületjavítás görgızéssel

ELEKTRONIKAI ALKATRÉSZEK

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2017/18-es tanév

RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAH /2016 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Nemzeti Akkreditáló Testület. MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAT /2010 számú akkreditált státuszhoz

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

Átírás:

1. MAGAS HİMÉRSÉKLETEK ELİÁLLÍTÁSA ÉS MÉRÉSE Az anyagok szintézise és alakítása a legtöbb esetben magas hımérsékleten történik. A hımérséklet emelésével az atomi mozgások sebessége növekszik (diffúzió, a diszlokációk mozgása, stb), úgyszintén nı a környezettel történı kölcsönhatás is (oxidáció, kémiai reakciók a mintatartóval). 1.1 Magas hımérsékletek elıállítása Az anyagkutatásban a leggyakrabban használt izzítási eljárások: ellenállásfőtés indukciós hevítés ív olvasztás elektronsugaras izzítás/olvasztás lézeres izzítás/olvasztás plazma technikák. 1.1.1 Ellenállásfőtés Alapja: az áram hıhatása. A főtıszál anyaga korlátozza az elérhetı legmagasabb hımérsékletet és meghatározza a szükséges atmoszférát. néhány gyakran használt főtıszál/elem anyag max. mőködési atmoszféra hımérséklet ( C) KANTHAL A1 1350 Levegı, semleges, oxidáló, Redukáló platina 1600 Levegı, semleges, oxidáló molibdén 1800 2250 Hidrogén, Vákuum tantál 2600 Hélium, argon volfrám 1800 3000 Hidrogén, vákum grafit 2600-3000 Hélium, argon sziliciumkarbid 1400-1600 Levegı KANTHAL Super (MoSi 2 ) 1400-1600 levegı Elınyei: a berendezés egyszerő (gyakran csıkemence), homogén hımérséklet eloszlás vagy gradiens egyaránt megvalósítható, a hımérséklet programozás egyszerően megoldható. Hımérsékletmérés: Hımérséklet érzékelı: az esetek zömében termoelem vagy ellenálláshımérı. A max. mérési hımérséklet a termoelem anyagától függ: 126O C-ig chromelalumel, 1600 C-ig platina/platina-ródium termoelemeket használnak leginkább. 1/1

1.1.2 Indukciós hevítés Alapja: Fémes vezetıben váltóáram hatására örvényáramok keletkeznek, melyek hıhatása hevíti a munkadarabot (betétet). A hımérséklet az anyagi minıségtıl (fajlagos ellenállás, permeabilitás, fajhı), valamint a térkitöltéstıl függ. Az indukciós hevítés néhány sajátossága: a) Skin effektus: az örvényáramok sőrősége exponenciálisan csökken a munkadarab felületétıl annak belseje felé. Ezt használják fel acél alkatrészek felületi edzésére. A behatolási mélység az anyagi állandókon kívül a frekvenciától függ. b) Indukciós olvasztás esetén az örvényáramok keverik (homogenizálják) az olvadékot. Ennek ötvözetek készítésekor van nagy jelentısége. Berendezés: indukciós generátor, tekercs, mintatartó (tégely), munkadarab. Frekvencia tartomány: 5 500 khz, adagméret: néhány grammtól tonnákig. Mintatartóként általában kerámiákat használnak: alumíniumoxidot vagy magnéziumoxidot 1900 2000 C-ig, 1300 C alatt kvarcot (oxidáló vagy redukáló 1/2

atmoszférában egyaránt), semleges gázban grafitot 3000 C-ig. A mintatartó megválasztása nagy körültekintést igényel, mivel a tégely és az anyagminta között kémiai reakciók játszódhatnak le. Indukciós hevítésnél gyors felfőtés érhetı el. Általában nagy hımérsékletgradiens lép fel (ezt hasznosítják a zónás olvasztásnál), homogén hımérséklet eloszlást nehéz megvalósítani. Üzemeltetése gazdaságos, mivel csak a munkadarabot hevíti. Ugyanakkor a berendezés drága, a költséges generátor beszerzése miatt. A hımérséklet stabilizálása nem egyszerő. A hımérsékletmérés gyakran optikai pirométerrel történik. c) Olvasztás hideg tégelyben (cold crucible): laboratóriumi módszer, melynél mintatartóként vízhőtött ezüst vagy réz csövet használnak. Az olvadék és a tégely érintkezési felületén vékony szilárd réteg keletkezik, ez megakadályozza a fém csı (mintatartó) megolvadását. d) Lebegtetéses olvasztás: tégely nélküli, laboratóriumi módszer. A kis tömegő anyagmintát speciálisan kialakított tekercsben olvasztják meg. Az ellentétes irányban folyó áramok eredıje a gravitáció ellenébe irányul. A minta tömege tipikusan: 1 20 g. 1.1.3 Ívolvasztás Alapja: az elektromos ívben fellépı magas hımérséklet. Olvasztásra használják, elsısorban az iparban. Jellemzıi: gázatmoszféra, egyenáramú ív, az olvadék vízhőtött kokillában szilárdul meg. Fıleg magas olvadáspontú és reaktív fémek olvasztására használják pl. Ta, Cr, Zr, Mn. 1/3

Berendezés: tápegység (20-45 V, 100-1000 A), elektróda, vízhőtött kokilla. permanens elektródás elrendezés (az egyik elektróda volfrám, a másik a fém olvadéka) fogyó elektródás elrendezés (az ív az olvasztandó fém és olvadéka között alakul ki). 1.1.4 Elektronsugaras olvasztás Alapja: az elektronsugár és az anyag kölcsönhatásakor felszabaduló hı. Jellemzıi: nagyvákuum, nagy energiasőrőség, az olvadék vízhőtött tégelyben/kokillában helyezkedik el, magas hımérséklet érhetı el. Felhasználás: magas olvadáspontú és reaktív fémek olvasztása (pl. Zr, Ti, Ta, W) illetve vákum gızölés (lásd vékonyréteg technológiák). Berendezés: nagyfeszültségő tápegység (15 25 kv), munkakamra, elektronágyú, elektronoptika, vízhőtött réz kokilla, vákuum rendszer, Tiszta technológia: nincs reakció a tégely anyagával vagy az atmoszférával. 1.2 Atmoszféra A nem kívánatos reakciók, különösen az oxidáció kiküszöbölése érdekében a magas hımérséklető eljárások nagy részét kontrollált atmoszférában (speciális gázban vagy vákuumban) végzik. Vákuum szükséges a mérések jelentékeny hányadában is (pl. elektron- vagy ionsugaras módszerek). 1/4

1.2.1 Gáz atmoszféra A gáz kémiai jellege és szerepe különbözı lehet: semleges gáz pl. Ar, He redukáló gáz: ált. H 2 reaktív gáz pl. metán, ammónia, szilán, stb. (gyakran használják a vékonyréteg technológiáknál, különleges bevonatok és felületi rétegek elıállításánál) Nagytisztaságú gázok és gázelegyek, valamint a használatukhoz szükséges szerelvények a kereskedelemben beszerezhetık. Esetenként további gáztisztítás szükséges. Az említett gázok egy része robbanásveszélyes és káros az egészségre. A velük végzett munkáknál szigorúan be kell tartani a munkabiztonsági elıírásokat. A különleges technológiáknál további igényként merül fel a pormentesség biztosítása. A lebegı porszemcsék mennyiségének lokális csökkentése lamináris boxokban érhetı el. Az ilyen laboratóriumok építésénél az egész építmény kialakításánál figyelembe veszik ezeket az igényeket. A pormentes laborokban a dolgozók különleges védıöltözetet viselnek. 1.2.2 Vákuum Az alábbiakban néhány vákuumtechnikai fogalmat és osztályozást ismétlünk meg, röviden. Nyomásegységek és átszámításuk Az SI rendszerben a nyomás egysége a pascal (Pa), korábban a torr és atm volt használatos. egység Pa bar torr atm 1 Pa 1 1. 10-5 7,5. 10-3 9,87. 10-6 1 bar 1. 10 5 1 7,5. 10 2 9,87. 10-1 1 torr 1,33. 10 2 1,33. 10-3 1 1,32. 10-3 1 atm 1,01. 10 5 1,013 7,6. 10 2 1 Vákuum tartományok A csökkentett nyomás elıállítására használt szivattyúk, a nyomásmérık fajtája és a vákumrendszer konstrukciója az elérendı végvákumtól függ. Azoknál a technológiáknál, melyeknél erıs gázleadás lép fel (pl. olvasztás vákumban), a szívássebeséget is figyelembe kell vennünk. A gyakorlatban az alábbi vákuum tartományokat különböztetik meg: durva vákuum: atmoszférikus nyomástól 10 2 Pa-ig. közepes és nagy vákuum: 10 2 10-3 Pa között ultra nagy vákuum (UHV): 10-3 Pa-nál kisebb nyomás. 1/5

A vákuumszivattyúk mőködési tartománya A vákuumszivattyúk egy része (a forgólapátos, a Roots és a diffúziós szivattyú) olajat tartalmaz, melynek nyomai még kifagyasztás után is bekerülhetnek a munkakamrába. A turbomolekuláris, az iongetter és a krio szivattyúk mőködéséhez olaj nem szükséges, ezekkel olajmentes vákuumot lehet elıállítani (ezt a felületkutatás és egyes félvezetıtechnológiák igénylik). Vákuummérık fajtái és mérési tartománya kompressziós vákuummérı (McLeod-féle): hitelesítésre használják hıvezetésen alapuló vákuummérık 10 2 10-1 Pa Pirani tipusú mőszerek termokeresztes mőszerek ionizációs vákuummérık nagyvákuum mérık 1 10-6 Pa ultra nagy vákuum mérık (Bayard Alpert-féle) <10-4 Pa nyomásokon. parciális nyomás mérése: ált. UHV tartományban szükséges. Kis felbontású tömegspektrométerekkel (quadrupol) történik. Irodalom az 1. Fejezethez [1] Techniques of Metals Research, Interscience, New York sorozatban: R.F. Bunshah (ed.): Techniques of Materials Preparation and Handling, Vol. 1, Part 1 and Part 2, 1968 [2] G. Benkowsky: Indukciós hevítés (edzés, izzítás, olvasztás, forrasztás, hegesztés), Mőszaki Könyvkiadó, Budapest, 1984 [3] Hahn E., Szikora B., Szilágyi M.: Fizikai technológiák, Mőegyetemi Kiadó, 1996 [4] N. Harris: Modern Vacuum Practice, McGraw-Hill, London, 1989 1/6

MELLÉKLET Összefüggés a gáz molekulák sőrősége, közepes szabad úthossza, a monoréteg kialakulásának ideje és a nyomás között, levegıben, 25 C-on [4] alapján (1 mbar = 100 Pa) 1/7