§ 10.2.2. Диффузионное газовыделение

Диффузионное газовыделение сопровождается поглощением или выделением газа с поверхности деталей, расположенных внутри вакуумной камеры. Ограничим рассмотрение случаев, когда массообмен происходит только в поверхностном слое, толщина которого значительно меньше общей толщины деталей. При этом деталь можно рассматривать как полубесконечное тело. Длина детали должна быть существенно больше ее толщины, что позволяет считать задачу одномерной.

На практике такая задача часто встречается, когда обезгаживание деталей происходит при постоянных температуре и давлении, а коэффициент диффузии достаточно мал: D<0,1h²/t_max, где h — половина толщины детали; t_max — максимальная длительность процесса массообмена. Математически данную задачу можно записать в следующем виде:

Решение (10.4) при указанных граничных условиях можно представить ввиде функции безразмерного времени т=Dt/h²:

Где

— функция ошибок Гаусса.

Результаты расчетов по формуле (10.5) для различных отношений xlh при поглощении газа, когда s_m>s₀, показаны на рис. 10.2, а, а при выделении газа, когда s_o>s_m,— на рис. 10.2, б.

Так как удельный газовый поток через единицу поверхности, обращенную в вакуум,

то удельное количество газа, участвующего в массообмене,

При этом средняя концентрация газа в теле

а степень массообмена, т. е. отношение количества газа, участвующего в массообмене, к полному количеству газа, находящемуся в твердом теле до начала массообмена,

Степень массообмена определяет абсолютную степень обезгаженности или газонасыщенности тела и может являться расчетным критерием для выбора типового технологического процесса обработки деталей в вакууме.

Критерием для выбора времени технологического процесса, связанного с выделением или поглощением газа, может служить эффективность массообмена

которая представляет собой отношение достигнутой степени массообмена к максимально возможной при данных условиях.