气体扩散对除气工艺的影响及计算分析

"气体扩散对除气过程的影响" 在真空技术领域，确保高真空装置内部的清洁至关重要，因为残留的气体可能会降低真空度，影响设备性能。倪国荣和胡海洪的研究聚焦于气体扩散如何影响除气过程，这对于理解和优化真空器件的生产具有重要意义。 气体在工程材料中扩散的现象主要遵循菲克定律。根据这一定律，气体分子会从高浓度区域向低浓度区域扩散，扩散速率与浓度梯度和扩散系数有关。材料的孔隙结构为气体的迁移提供了途径，无论是内部的气体逸出，还是外部气体的渗透。材料的多孔性、孔隙大小以及分布都显著影响着气体扩散的速度和效率。 研究者对无限大平板、无限长圆柱和实心圆球三种几何形状的除气过程进行了理论分析，通过解扩散方程来确定气体浓度分布和放气速率。他们指出，对于厚度较大的工件，内部气体到达表面的过程较长，因此除气速率受到扩散过程的显著限制。这意味着，要达到相同的除气质量，工件尺寸越大，所需的时间越长，与工件尺寸的平方成正比。 此外，工件的温度分布也是影响除气效果的重要因素。温度升高可以增加气体分子的活动性，加速扩散过程，从而减少除气时间。文章中计算了不同厚度（1mm和1cm）无限大铁平板的除气松弛时间，揭示了温度和厚度对除气效率的直接影响。 在实际应用中，特别是在半导体器件制造中，对材料的除气处理尤为关键，因为它可以防止在高真空环境下不必要的气体排放，影响器件的电气性能。通过对气体扩散和除气过程的深入理解，工程师可以设计出更有效的除气策略，提高器件的可靠性和真空系统的性能。 关键词：扩散，除气过程，菲克定律，孔隙结构，工件尺寸，温度分布，除气时间，半导体器件