Испарение атомов металла

В настоящее время физические основы процессов испарения и конденсации атомов металла достаточно подробно разработаны. Создана исчерпывающая теория, описывающая испарение металлов и сплавов. В основе этой теории лежат положения молекулярно-кинетической теории газов.

Основным уравнением, описывающими испарение атомов металла, является уравнение Герца - Кнудсена:

где – число атомов, покидающих поверхность площадью S; – масса этих атомов; – постоянная Больцмана; – термодинамические равновесное давление; – гидростатическое давление испаренных веществ в газовой фазе.

Анализ уравнения Герца - Кнудсена показывает, что испарение имеет место практически при любой температуре. Даже при комнатной температуре всегда образуются пары вещества, давление (или плотность) которых может быть очень малым. В технологии вакуумных покрытий за температуру испарения принимается температура вещества, при которой образуются атомарные потоки с давлением ~ 1 Па (10^-2 мм рт.ст.), обеспечивающие нанесение покрытий со скоростью v > 0,1 нм/c. Данному условию для большого числа металлов соответствует температура испарения от 1000 до 2000 °С.

В общем случае, переход атомов металла в газовую фазу может протекать по механизмам твердое тело – пар (возгонка) или жидкость – пар.

Испарение вещества в вакууме осуществляется с помощью специального устройства – испарителя. При этом материал испарителя должен удовлетворять следующим основным требованиям:

а) давление паров материала испарителя при температуре испарения должно быть мало. При невыполнении этого условия невозможно получение химически чистых покрытий. Кроме этого в процессе эксплуатации испарителя будет происходить его разрушение;

б) поверхность испарителя должна хорошо смачиваться расплавом испаряемого вещества и при этом между ними обеспечивается хороший тепловой контакт;

в) испаряемое вещество не должно образовывать химических соединений с материалом испарителя. Это допустимо только в том случае, если образующиеся химические соединения имеют высокую термостойкость и соответствуют приведенным выше требованиям;

г) материал испарителя должен быть достаточно пластичным и имеется возможность получения из него изделий сложной формы.