Evitar que el vapor de aluminio se condense en una superficie

Tengo una situación en la que se crea vapor de aluminio en una cámara de vacío ( 10 − 6   metro b a r ). Quisiera una ventana para mirar dentro de la cámara; sin embargo, el vapor de aluminio producido se condensa en la ventana y la enturbia.

Así que pensé, ¿por qué no calentar la ventana por encima del punto de ebullición del aluminio? Me gustaría usar zafiro para la ventana, pero tiene un punto de fusión de alrededor 2000   ∘ C , más bajo que el punto de ebullición del aluminio que está más cerca de 2500   ∘ C . Si el zafiro se calentara tanto, no funcionaría muy bien, no lo creo.

Sin embargo, ¿tiene que ser tan caliente? Cuando quitas el vaho de una ventana en un auto, lo calientas, pero solo hasta aproximadamente 20   ∘ C , lejos del punto de ebullición del agua, ¿sería lo mismo para el aluminio? ¿Qué tan caliente debe estar una superficie para que la condensación deje de ser perceptible (para agua o Al)?

(¿Y se te ocurre alguna otra solución al problema de los depósitos de las ventanas?)

Dos puntos rápidos. En la analogía del vapor de agua, la presión parcial del agua es inferior a 1 atm. En el vacío la BP del Al está considerablemente deprimida .
El método clásico es utilizar una disposición similar a un periscopio de dos portaobjetos de vidrio recubiertos de metal colocados frente a la ventana para protegerla de la deposición directa. El primero, dirigido hacia la muestra o el crisol, se refleja en el segundo portaobjetos de vidrio apuntado hacia el espectador humano o cámara. La deposición en la diapositiva que mira hacia la muestra sigue formando un bonito espejo, la deposición en la parte posterior de la segunda diapositiva no hace nada. Fuente: ejecutando demasiados sistemas de deposición de crisol/e-beam/sputter en mi vida...
@JonCuster Eso es muy interesante, porque esa fue la idea que se me ocurrió, pero cuando le pregunté a un físico especuló que el acabado sería turbio/mate del depósito (¡aunque también me dijo que le preguntara a un experto en deposición!). Entonces dice que sería brillante, ¿tiene alguna documentación (fabricantes de piezas, artículos académicos, etc.) que pueda citar a mi gerente que confirme este enfoque? Además, por experiencia, ¿sabe cuál es la geometría macroscópica? ¿El vapor gotea mucho o deja una superficie ondulada? Ya que podemos estar usando la cámara para medir, ¡así que es mejor evitar la distorsión!
Si la deposición en los espejos es turbia y mate, también lo estará en su muestra, lo cual es malo. Pero, en realidad, cada sistema de deposición que he usado en los últimos 40 años ha tenido algún arreglo similar si quisieras ver la fuente. Particularmente para el aluminio, esto es muy simple.
Puede colocar el sensor lejos de la fuente para que antes de que el vapor llegue al sensor pueda completar la mayor parte de la prueba.
Mi experiencia (hace ya algunos años), evaporando metales y semimetales en sistemas UHV, refleja la de @Jon Custer. La deposición de aluminio sobre una superficie lisa suele formar un buen espejo hasta que se expone al aire. Por lo tanto, durante la deposición/condensación, su espejo debe permanecer transparente a menos que esté depositando una capa muy gruesa. Usualmente también usamos un pequeño obturador (sostenido por un electroimán) para proteger nuestro puerto de visualización durante el período en que el crisol se estaba calentando, para proteger el vp de la corriente de gas inicial, a veces impura.
¿Puede usar algo así como capas "arrancables" en su ventana de observación, de modo que arranque una capa delgada a medida que se empaña? Si tiene varias capas una encima de la otra y un medio para arrancarlas, el método debería funcionar a la perfección.

Respuestas (3)

Esto no tiene nada que ver con el punto de ebullición atmosférico del aluminio. Conceptualmente, para evitar la condensación, todo lo que se requiere es que la temperatura de la superficie interior de la ventana sea más alta que la del aluminio dentro del cerramiento. Sin duda, una diferencia de 10-20 C debería ser suficiente. Por supuesto, debe asegurarse de que cualquier cosa que haga para calentar la ventana no caliente también el aluminio dentro de la cámara. .

Estoy un poco confundido por esta línea: ' [...] para evitar la condensación, todo lo que se requiere es que la temperatura de la superficie interior de la ventana sea más alta que la del aluminio dentro del cerramiento .' ¿No será la temperatura del aluminio dentro del recinto el bpt. del aluminio? ¿Podría aclarar, ya que parece que está diciendo que la superficie de la ventana debe estar 10/20 C más caliente que el vapor, que necesariamente estará en Al bpt? ya (ciertamente, bajado debido al vacío, ¡pero todavía caliente!)?
Eso es lo que está diciendo. Cualquiera que sea la temperatura, si el vapor se va a condensar, tiene que transferir suficiente calor del vapor a la ventana para que las moléculas que caen allí cambien de estado. Si se asegura de que eso sea poco probable, se condensarán en otro lugar. El calor rara vez fluye de un lugar más frío a un lugar significativamente más cálido.
No es el flujo de calor lo que importa. Es la presión de vapor de equilibrio a la temperatura de la ventana frente a la presión de vapor de equilibrio a la temperatura del interior de la cámara.

¿Por qué no construir el equivalente a un limpiaparabrisas dentro de la cámara? Ciertamente, hay materiales que funcionarían perfectamente bien a las temperaturas de la cámara, por ejemplo, un material cerámico. Incluso puede estar dispuesto a adquirir cuchillas de cerámica listas para usar, en forma de cuchillos de cerámica domésticos, etc.

No necesita abrir una brecha en la cámara para construir un mecanismo que haga que el limpiaparabrisas barra la superficie interior de su ventana. Creo que hay cerámicas impregnadas con partículas magnéticas que están disponibles comercialmente. Puede impulsar el movimiento de la hoja a través de la inducción magnética. Incluso puede usar un imán de mano para mover manualmente la cuchilla.

Es una idea interesante, aunque no mencioné que se trata de una configuración de haz de electrones, sería difícil tener en cuenta cualquier campo magnético en movimiento en el camino de los electrones. Además, soy escéptico en cuanto a la viabilidad; ¿tienes alguna experiencia de algo similar? Siento que el recubrimiento de metal puede ser demasiado delgado para que un limpiador sea efectivo.
Alternativamente, el limpiaparabrisas podría ser accionado mecánicamente por un accionamiento de resorte de reloj. El mecanismo también podría "programarse" mecánicamente para funcionar en un momento deseado y durante un período deseado, incluso durante varios días particulares en momentos particulares. el mecanismo podría aislarse térmicamente si es necesario mediante una carcasa de cerámica para resistir las temperaturas en la cámara. Puede realizar experimentos de banco para ajustar la acción con respecto al problema de la delgadez del revestimiento de metal. Si encontró parámetros que funcionan, entonces podría construir el mecanismo real con la confianza de que funcionaría como desea.

Tuve exactamente el mismo problema pero con plata. Estaba haciendo películas de plata sobre un sustrato de vidrio evaporando plata en el vacío y, tal como dices, el vapor de plata se condensaba en todo lo que había dentro de la cámara de vacío.

Me temo que nunca encontré una buena solución para esto. En principio, calentar la ventana por encima del punto de ebullición del metal detendría la condensación, pero es poco probable que esto sea práctico. En mi caso, eventualmente usé un escudo móvil para proteger el vidrio y solo lo desprotegí durante los breves períodos en los que quería mirar dentro. Todavía era necesario quitar el vidrio para limpiarlo regularmente, pero al menos alivió un poco el problema.

Poner cualquier tipo de mecanismo de movimiento dentro de una cámara UHV puede ser una molestia, aunque creo que si solo estás trabajando en 10 − 6 torr no debería ser tan malo.

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