научная статья по теме К ВОПРОСУ СНИЖЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИ В ВАКУУМНЫХ ЭЛЕКТРОННО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «К ВОПРОСУ СНИЖЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИ В ВАКУУМНЫХ ЭЛЕКТРОННО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ»

ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА И ИХ ВНЕДРЕНИЕ

INNOVATION SOLUTIONS TECHNOLOGIES FACILITIES

AND THEIR INNOVATION

ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ

INNOVATIVE SOLUTIONS IN ALTERNATIVE ENERGY AND ECOLOGY

Статья поступила в редакцию 22.01.15. Ред. per. № 2174 УДК 621.792.053

The article has entered in publishing office 22.01.15. Ed. reg. No. 2174

К ВОПРОСУ СНИЖЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ КЛЕЕВЫ1Х СОЕДИНЕНИЙ В ВАКУУМНЫЫХ ЭЛЕКТРОННО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ

12 3 3

С.А. Гарелина , P.A. Захарян , М.А. Казарян , И.Н. Феофанов

'ФГБОУ ВПО Академия гражданской защиты МЧС России Россия 141435, г. Химки, мкрн. Новогорск, АГЗ МЧС тел.: +7 903 231 21 66; e-mail: rolru@mail.ru 2Тарусский филиал института общей физики им. А.М. Прохорова РАН Россия 249100, г. Таруса, Калужская обл., ул. Энгельса, 6 e-mail: razleib@yandex.ru 3ФГБУН Физический институт им. П.Н. Лебедева Россия 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 53 тел.: +7 499 135 78 90; e-mail: kazarmishik@yahoo.com тел.: + 7 499 132 64 32; e-mail: ivan@feofanov.ru

doi: 10.15518/isjaee.2015.01.007

Заключение совета рецензентов: 26.01.15 Заключение совета экспертов: 29.01.15 Принято к публикации: 01.02.15

Газовыщеление из клеевых соединений, использование которых существенно упростит сборку вакуумных электронно-механических приборов, оказывает негативное влияние на работу этих приборов, уменьшая срок их службы.

В статье решается задача по снижению скорости газовыщеления из клеевых соединений в вакуумных электронно-механических приборах за счет термообработки (сушки), широко применяющейся в промышленности.

Для 14-ти промышленный клеев (E505, P102, E207, H74UNF, H77S, 353ND, Resbond 940LE, Resbond 989F, Cerambond 618N, ВК-21, Анатерм 106, К400, ОС-52, ОС-92), пригодных для сборки вакуумных электронно-механических приборов, определен качественный и количественный состав атмосферы остаточного газа, образующегося внутри электронно-механических приборов вследствие газовыщеления из клеевых соединений, что позволит подобрать газопоглощающие элементы (геттеры) и режимы их работы для поддержания вакуума.

Для повышения достоверности результатов исследования проводились двумя методами: масс-спектральным (масс-спектрометр «ЫИ-1311») и оптико-акустическим (газоанализатор «Мегакон 10К»).

Оценена предельно допустимая скорость газовыщеления для точного вакуумного электронно-механического прибора со сроком службы 15 лет. В статье разработана модель кинетики газовыщеления для определения режимов процесса термообработки клеев, а именно, температуры, продолжительности и атмосферы (вакуум или воздух), обеспечивающих необходимые для нормальной работы вакуумных электронно-механических приборов скорости газовыщеления из клеевых соединений. На основе экспериментально определенных значений скоростей газовыщеления компонентов остаточного газа для двух режимов термообработки клеев рассчитываются скорости газовыщеления для других режимов и подбираются оптимальные параметры режимов термообработки.

Ключевые слова: вакуумные электромеханические приборы, производство электромеханических приборов, клеевые соединения, газовыделение из клеевых соединений, термообработка клеевого соединения, сушка клеевого соединения.

ON THE ISSUE OF OUTGASSING FROM THE ADHESIVE JOINTS IN THE VACUUM ELECTRONIC MECHANICAL DEVICES

S.A. Garelina1, R.A. Zakharyan2, M.A. Kazaryan3,1.N.Feofanov

J

'Academy of Civil Protection, Ministry of Emergency Situations Khimki, Novogorsk microdistrict, 141435 Russia e-mail: rolru@mail.ru 2Tarusskii branch of A.M. Prokhorov General Physics Institute of RAS 6 Engels Str., Tarusa, Kaluga Reg., 249100 Russia e-mail: razleib@yandex.ru 3P.N. Lebedev Physical Institute of RAS 53 Lenin Av., Moscow, 119991, Russia ph.: +7 499 135 78 90, e-mail: kazarmishik@yahoo.com ph.: + 7 499 132 64 32, e-mail: ivan@feofanov.ru

Referred 26 January 2015 Received in revised form 29 January 2015 Accepted 01 February 2015

The outgassing from the adhesive joints, the use of which will significantly simplify the assembly of the vacuum electro-mechanical devices, has a negative impact on the operation of these devices, reducing their lifespan.

The article solves the problem of reducing the rate of outgassing from the adhesive joints in vacuum electromechanical devices due to thermal processing (drying), which is widely used in industry.

For 14 industrial adhesives (E505, P102, E207, H74UNF, H77S, 353ND, Resbond 940LE, Resbond 989F, Ce-rambond 618N, WB-21, Anyterm 106, C, OS-52, OS-92), suitable for assembly electro-mechanical devices, the paper defines qualitative and quantitative composition of the atmosphere of the residual gas generated inside electromechanical devices due to outgassing from the adhesive joints that enables us to pick the gas absorption elements and their mode of operation to maintain the vacuum.

In order to improve the reliability of the study results, the research was carried out by two methods: mass spectrum (mass spectrometer «MI-1311»), and opto-acoustic (gas analyzer «Megacon 10K»).

The paper estimates maximum speed of outgassing for precise vacuum electro-mechanical device with a lifetime of 15 years. There is the developed model of the kinetics of outgassing to determine the modes of thermal processing process adhesives, namely, temperature, duration and atmosphere (vacuum or air), providing the necessary speed outgassing from the adhesive joints for normal operation of the vacuum electro-mechanical devices.

Based on the experimentally derived values of the velocities of the outgassing components of the residual gas for the two modes of thermal processing adhesives are calculated outgassing speed for other modes and selected the optimal parameters of thermal processing.

Keywords: vacuum electro-mechanical devices, the manufacture of electro-mechanical devices, adhesive joints, outgassing from the adhesive joints, thermal processing of the adhesive joints, drying adhesive joints.

Сведения об авторе: исполняющий обязанности директора Тарусского филиала института общей физики им. Прохорова РАН.

Образование: в 1984 г. окончил Ереванский политехнический институт им. К. Маркса по специальности "Автоматика и телемеханика".

Область научных интересов: приборостроение для экологии и лабораторных исследований, газовый мониторинг окружающей среды, исследование полимеров и катализаторов.

Публикации: 20.

Information about the author: Acting Director Tarusskii branch of A.M. Prokhorov General Physics Institute of RAS.

Education: K. Marks Yerevan Polytechnic Institute.

Area of researches: instrument-making for environmental and laboratory investigations, gas monitoring for environment.

Publications: 20.

Захарян Роберт Артушевич Robert A. Zakharyan

Сведения об авторе: аспирант, младший научный сотрудник Физического института имени П.Н. Лебедева РАН.

Образование: МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет.

Область научных интересов: оптика, физика лазеров, нанофотоника.

Публикации: 12.

Information about the author:

graduate student, junior researcher P.N. Lebedev Physical Institute of RAS.

Education: Lomonosov Moscow State University.

Area of researches: optics, laser physics, nanophotonics. Publications: 12.

Феофанов Иван Николаевич Ivan N. Feofanov

Введение

В работе [1] показаны преимущества использования клеев для сборки вакуумных электронно -механических приборов (ЭМП). В работе [2] на основе анализа таких характеристик, как механическая прочность, термическая устойчивость и длительность срока службы клеевых соединений, осуществлен подбор промышленных клеев, обеспечивающих прочностные и термические требования, предъявляемые к клеевым соединениям в ЭМП. Для нормальной работы ЭМП пригодны 14 клеев, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами и отечественными предприятиями: Е505, Р102, Е207, Н74и№, И778, 353]\ГО, Я^Ъопа 940ЬЕ, Я^Ъопа 989Б, СегашЪопс! 61814, ВК-21, Анатерм 106, К400, ОС-52, ОС-92.

Существенным недостатком, ограничивающим применение клеев для сборки вакуумных ЭМП, является газовыделение из клеевых соединений внутрь ЭМП, которое продолжается в течение всего его срока службы. Газ, образующийся внутри ЭМП, называется остаточным. Остаточный газ оказывает негативное влияние на работу вакуумных ЭМП. Требования по уровню давления остаточного газа для нормальной работы точных ЭМП - до 10-6 мм рт. ст. [3], для грубых ЭМП - до 10-2 мм рт. ст. [4].

Для поддержания вакуума внутри ЭМП используют специальные газопоглощающие элементы -геттеры. Геттеры хорошо поглощают только активные газы (кислород, азот, водород, окись и двуокись углерода, водяной пар) и практически не поглощают неполярные углеводороды [5]. Более того, большинство производителей не указывает состав летучих компонентов клеев. Таким образом, в настоящее время подбор геттеров и режимов их работы для ЭМП сильно осложнен, что существенным образом затрудняет использование промышленных клеев для создания вакуумных ЭМП.

Газовыщеление из клеевых соединений в вакуумных ЭМП

Для снижения газовыделения необходимо уменьшить концентрацию летучих компонентов в приповерхностной зоне клеевого соединения. В про-

мышленности для этих целей широко применяется термообработка (сушка).

Для примера на рис. 1 показано распределение относительной локальной концентрации летучих компонентов с^0 от поверхности в глубину клеевого соединения после термообработки. Расчет проведен по формуле [6]:

_ 4 ^ (-1)n c0 n n_0 2n +1

exp

- D(2 и+1)2п ¿t

L

• cos

(2n + 1)nx

H :

(1)

где с0 - начальная концентрация, H - толщина клеевого соединения, t =18 часов - время термообработки, D - коэффициент диффузии для температуры термообработки (для расчетов использовано значение D = 210-14 м2/с, заимствованное из [7]), расстояние х отчитывается от середины клеевого соединения.

о

О 0,4

_1_

_1_

_1_

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

H, mm

Рис. 1. Распределение относительной локальной

концентрации летучих компонентов c/c0 от поверхности в глубину клеевого соединения Н после термообработк

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком