真空工藝 | 表面凈化處理的基本方法:金屬化合物的分解與還原
化合物的分解與還原在真空技術(shù)中有重要意義。例如:
許多金屬材料表面都或多或少存在一層氧化膜,在真空氣氛中氧化物的分解將成為一種氣體來(lái)源,金屬材料的表面氧化物因結(jié)構(gòu)比本體疏松,往往成為氣體在真空系統(tǒng)中的儲(chǔ)庫(kù);
吸氣劑材料可以與某些氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并以化合物的形式吸氣,因而所形成的化合物的分解壓力可能是真空系統(tǒng)極限壓力的限制因素;
真空泵油熱分解形成的低分子量碳?xì)浠镎羝矊⒂绊懻婵障到y(tǒng)的極限真空度;
某些高分解壓力的污染物亦是影響系統(tǒng)真空度和氣氛的不利因素等等。金屬材料經(jīng)燒氫處理可還原其表面氧化物達(dá)到凈化表面的目的。
金屬氧化物的分解問題在真空技術(shù)中是比較重要的,令M代表任意金屬,其氧化物分解反應(yīng)的通式可寫成式(1-2):
式中ni 為參與反應(yīng)物質(zhì)的克分子數(shù)。
在多相化學(xué)分解反應(yīng)中,整個(gè)反應(yīng)體系中只有一種組分是氣體,在平衡時(shí)這種氣體產(chǎn)物的壓力稱為分解壓力。質(zhì)量作用定律指出,在化學(xué)平衡時(shí),化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的分壓(或濃度)是彼此相聯(lián)系的,因而某一物質(zhì)的分壓(或濃度)發(fā)生變化后,其余物質(zhì)的分壓(或濃度)也要相應(yīng)地發(fā)生變化。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量作用定律,在式(1-2)所示的多相化學(xué)反應(yīng)中,平衡常數(shù)可以用反應(yīng)體系中氣體組元的分壓力(即分解壓力)來(lái)表示,即式(1-3):
由于只與溫度有關(guān),因此分解壓力也只與溫度有關(guān)。
分解壓力是衡量化合物穩(wěn)定性的標(biāo)志,當(dāng)環(huán)境氧氣的分壓力小于分解壓力時(shí),金屬氧化物分解。金屬氧化物處于某些還原性氣體中時(shí),則會(huì)發(fā)生氧化物的還原反應(yīng)。在真空技術(shù)中最重要的還原性氣體是氫氣和一氧化碳。真空規(guī)和電真空器件中電極材料的燒氫處理,實(shí)質(zhì)上就是還原處理過程,用氫氣還原金屬氧化物的反應(yīng)通式(1-4)為: