EvaporacinTeora Cintica de gasesNumero de molculas que golpean sobre la superficie A en un tiempo dt. Mxima velocidad de evaporacin:Tantas molculas dejan la superficie como las necesarias para tener la presin de equilibrio a T y ninguna retorna p=0. Esto no ocurre si la presin hidrosttica es diferente de cero. ( p* presin de vapor de equilibrio)Algunas molculas retornan de la fase vapor y rebotan en la superficie del lquido. Contribuyen a la phidrosttica pero no al flujo de material (lquido a vapor). Es una fraccin (1-av). av Coeficiente de evaporacin.m, T y p la masa, la temperatura y la presinEcuacin de Knudsen-Hertz

Camino libre medio (MFP, Mean Free Path)l Recorrido promedio para una molcula entre dos colisiones sucesivas.Estimacin: molculas viajando a velocidad media c . Suponiendo el resto de las molculas quietas, y todas con el mismo dimetro s . En un tiempo dt en que la molecula recorre cdt . En este tiempo la molcula barre un volumen ps2 cdt encontrndose con (N/V)ps2 cdt molculas, a las que chocar. Camino medio entre molculas: cdt / (N/V)ps2 cdt l ((N/V)ps2 )-1Haciendo el clculo exacto: Reemplazando:Calcular el MFP para N2A: 1 Torr, 10-3 Torr 10-6 Torr

Velocidad de evaporacinPar la mayor parte de los casos para presiones < 1 Torr la velocidad de evaporacin es igual a la que se tendra si la superficie estuviese en equilibrio con su vapor. (Langmuir)Velocidad de evaporacin msica: O : O : , en g cm-2 s-1. Con M: Masa molar (g) y p (Torr).Masa total evaporada:Suponiendo uniformidad en area y tiempo es posible determinar p* . Para la mayora de los elementos a p* =10-2 Torr, G 10-4 g cm-2 s-1Esto se denomina Evaporacin libre o de Langmuir y supone av= 1.Si av< 1 se denomina Evaporacin de KnudsenCalcular la velocidad de evaporacin msica para el aluminio a 700 y a 900 C y a10-2 Torr

Presin de vaporEvaporacin de KnudsenEvita av< 1 La evaporacin sucede como una efusin de una celda isotrmica con un pequeo orificio.La celda mantiene la presin de vapor p* en su interior.El dimetro del orificio debe ser

Celdas de Knudsen

Mecanismos de la evaporacinLquidosModelos simples suponen que las molculas en el lquido poseen todas la misma energa de ligadura.Los mas complejos prevn una distribucin para las energas de ligadura.SlidosHay una distribucin muy amplia de energas de ligadura dependiendo de la posicin de c/tomoLa evaporacin de un tomo sucede luego de una serie de reacomodamientos. Combina disociacin y difusin.Dependiendo del nmero de rebordes (Cornisas) que se forman se facilita la evaporacin. Para planos cristalinos de alto ndice se facilita la formacin de cornisas, av 1

Direccionalidad de la evaporacinLey del Coseno Celda de KnudsenLa distribucin de molculas en el haz emergente es la que hay en el interior de la celda F(c2)Nmero de molculas con velocidad c: dNc=NF(c2)dc.De ellas solo alcanzan la salida las del rea sombreada:c dt cos(j)dA / VSolo la fraccin dw/4p se mueve hacia la apertura.Las moleculas que alcanzan la apertura en la direccin j con velocidad c:considerandoMultiplicando por m:

Direccionalidad de la evaporacinInfluencia de la superficie receptoraLa superficie receptora es:La masa colectada es:Este resultado se puede extender a lquidos siempre que av= 1 (Implica que las moleculas emergentes del lquido tienen una distribucin maxweliana)Comprobacin experimental:El espesor no depende de la posicin

Emisin desde una fuente puntualDada una fuente puntual que emite en todas las direccionesqdArdwdAerLas molculas emergen de una superficie infinitesimal de rea dAeComo la integral en dAe y dt es la masa total evaporadaConsiderando un elemento receptor de area dAr relacionado a dw con un ngulo qentonces

Material de soporteBaja presion de vapor a la temperatura de evaporacinBaja reactividad qumicaDisponibilidad en forma adecuada (Alambre, hoja, crisol)Mas populares: Tungsteno, Molibdeno y TantalioA y B aptos para alambres (el material moja el alambre - En algunos casos se ala).C para materiales que no mojanD y F para granallas y polvos (>capacidad de contencin,>volumenes)E recubiertas para evitar caida de la temperatura

Fuentes de sublimacinCasos tpicos de sublimacin: Cr, Mo, Pd, V, Fe, y Si. Tambien se aplica en Ni, Rh y Ti, con muy bajas velocidades.Si altamente reactivo para ser evaporado convencionalmente.Cr es el ms adecuado para la sublimacin.Fuentes especficas. Se puede recubrir filamentos de W con Cr.Se subliman compuestos trmicamente estables .Como estn en forma de polvos es necesario usar bafles para impedir proyeccin de partculas

Uso de crisolesProlongado contacto.Materiales especficos para evitar contaminacin.Crisoles de Mo se usan para Cu, Ag, Au. xidos refractariosTiO2 y NiO se descomponen (Baja energa de disociacin).El SiO2 (Cuarzo) reacciona con varios metales.El BN es muy usado con AlTiB2 usado calentados por RF

Uso del GrafitoBuena conductividad (Se calienta por RF).Baja reactividad trmicaFcilmente maquinableUsable hasta 2500C.Recomendado para compuestos III-V, telururos y MgF2.Para bajas temperaturas sufre de degases violentos

Bombardeo electrnicoUn filamento suministra un haz de electrones que son acelerados por un campo elctrico y conducidos hacia la superficie del metal donde al chocar con ste producen la evaporacin del mismo.El calentamiento es muy localizado en la superficie.Se pueden alcanzar temperaturas de hasta 3000C.La presin debe ser baja para evitar prdida de energa de las partculas cargadas

Distribucin de espesoresSuponiendo que la masa depositada ocupa un volumen dAr x d. r densidad del material. , cos j = cos q = h/r Para fuentes de rea pequea:Para fuentes puntuales:

Distribucin de espesoresPara un disco de dimetro s a una distancia hNmeros: s/hTR: Para un anilloS: pequea superficie

Evaporacin de compuestosEvaporacin como molculas.Co-evaporacinEvaporacin Flash

Fuentes de contaminacin para la evaporacin

Bomba rotativa de vaco

Bomba rotativa

Bombas Root Blowers

Bombas Difusoras

Bombas turbosBomba de desplazamientoSeco

Bomba Turbo

Sistema de vacio

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