Хладоны имеют высокую химическую активность и большое сродство к электронам, поэтому их добавляют в плазмообразующий газ.




Если в плазму инертного газа добавить хладон (CF4), при выполнении условий уравнения непрерывности, будет протекать процесс образования и исчезновения ХАЧ.

В плазме происходят процессы диссоциации и ионизации молекул, приводящих к образованию ХАЧ:

(38)

(39)

(40)

Более вероятны реакции (39), (40), как имеющие меньшие энергии активации. Энергетически выгоднее реакция (40), так как у фтора больше сродство к электрону. Однако реакция (40) имеет продолжение: .

В итоге, в плазме происходит образование свободных радикалов фтора (F) и фторуглерода (C ). Эти частицы являются основными ХАЧ в плазме CF4.

Процесс рекомбинации, при котором происходит исчезновение ХАЧ, протекает при реакции:

(гетерогенная реакция)

здесь П – поверхность твердого тела.

(гомогенная реакция)

здесь M – другая частица плазмы (обычно CF4).

Кроме этого в плазме протекают реакции с образованием свободных радикалов разной валентности:

Доставка энергетических и химически активных частиц к поверхности обрабатываемого материала

Условия протекания гетерогенной химической реакции с учетом ХАЧ:

- обеспечение достаточной концентрации ХАЧ;

- непрерывная доставка ХАЧ к поверхности;

- непрерывный отвод продуктов реакции от поверхности.

При характерном размере реактора длины свободного пробега молекул ХАЧ – доставка посредством молекулярного потока. При посредством диффузионного потока.

(41)

где - константа скорости химической реакции.

Диффузионный поток ХАЧ к поверхности

- (42)

где ‑ концентрация ХАЧ в объеме реактора за пределами ,

‑ концентрация ХАЧ у поверхности обрабатываемого материала, ‑ коэффициент диффузии ХАЧ, - толщина стационарного диффузионного слоя.

Сравнив (41) и (42) получим:

, где δ CDC = β, ‑ коэффициент массопереноса,

Тогда , где - приведенная константа скорости химической реакции.

Области протекания химических реакций.

- диффузионное сопротивление,- сопротивление массопереносу при движении частиц (диффузии) в стационарном диффузионном слое.

- кинетическое сопротивление,- сопротивление массопереносу при движении частиц (молекулярным потоком газа)

В зависимости от соотношения диффузионного, кинетического сопротивлений, существуют две области протекания реакций (диффузионная и кинетическая).

Диффузионная область.

При тогда > , а и

Здесь - характерный размер реактора, - длина свободного пробега молекул. Из этого следует, что скорость реакции определяется скоростью диффузии ХАЧ к поверхности – диффузионная область.

Рис. 10 Стационарно диффузионный слой.

, где NH ‑ критерий Нуссельта, а .

Диффузионная область существует при высоких температурах и давлениях и малых скоростях газового потока. Скорость и равномерность обработки поверхности определяется величиной и распределением и зависит от , слабо зависит от температуры и состояния поверхности и сильно зависит от скорости газового потока.

Кинетическая область.

При тогда , а и следует, что скорость реакции совпадает со скоростью её на поверхности – кинетическая область. Она существует при низких температурах или давлениях.

Скорость реакции (41) и ее равномерность сильно зависят от температуры (по закону Аррениуса) и ее распределения по поверхности, не зависят от скорости газового потока и пропорциональны концентрации активных центров на обрабатываемой поверхности.

В переходной области . скорость реакции зависит от величин и и определяется из



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2021-01-30 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: