气体在玻璃中渗透的数值模拟

程宏昌 1; 程耀进 1; 庞妍 2; 胡文波 2; 卜忍安 2; 樊慧庆 3

doi:10.7652/xjtuxb202001001

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气体在玻璃中渗透的数值模拟

更新时间：2025-07-09

- 气体在玻璃中渗透的数值模拟
- Numerical Simulation of Gas Permeation in Glass
- 西安交通大学学报 2020年54卷第1期页码：1-7
- 作者机构：
  
  昆明物理研究所微光夜视技术重点实验室,昆明,650223
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  : 2019-06-22。作者简介: 程宏昌(1974—),男,研究员;胡文波(通信作者),男,教授,博士生导师。基金项目: 微光夜视技术重点实验室基金资助项目(614241204021703,20160103,20150103)
- DOI：10.7652/xjtuxb202001001
  中图分类号： TB71
- 网络首发：2020-01-10，
  
  纸质出版：2020
- 稿件说明：
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程宏昌 1, 程耀进 1, 庞妍 2, 等. 气体在玻璃中渗透的数值模拟[J]. 西安交通大学学报, 2020,54(1):1-7.

CHENG Hongchang 1, CHENG Yaojin 1, PANG Yan 2, et al. Numerical Simulation of Gas Permeation in Glass[J]. 2020, 54(1): 1-7.
程宏昌 1, 程耀进 1, 庞妍 2, 等. 气体在玻璃中渗透的数值模拟[J]. 西安交通大学学报, 2020,54(1):1-7. DOI： 10.7652/xjtuxb202001001.

CHENG Hongchang 1, CHENG Yaojin 1, PANG Yan 2, et al. Numerical Simulation of Gas Permeation in Glass[J]. 2020, 54(1): 1-7. DOI： 10.7652/xjtuxb202001001.

摘要

为深入理解环境气体对超高真空电子器件玻璃壳体材料的渗透机理

采用巨正则蒙特卡罗法和分子动力学法对玻璃中的气体溶解、扩散两种渗透行为进行了数值模拟研究

基于原子模拟凝聚相优化分子势力场

计算了两种玻璃结构中氧气、氦气、氢气和水蒸气分子的溶解系数

以及氧气和氢气分子在钠钙玻璃中的扩散、渗透系数和扩散运动轨迹。计算结果表明:与玻璃材料亲和力较大的气体分子溶解系数较高; 玻璃中金属离子的存在使玻璃中的孔径变小

从而降低了钠钙玻璃中气体分子的溶解系数; 环境温度升高和气体压强增加使气体分子在玻璃中的扩散、渗透系数增加; 在扩散过程的大部分时间中

气体分子在某一位置做往复振动

偶尔发生一次跳跃

这导致气体分子逐渐远离初始位置; 因为玻璃材料能给体积较小的气体分子提供更多的有效扩散通道

所以H

比O

有较高的扩散系数。研究结果可为超高真空电子器件的真空失效机制探究、玻璃壳体的材料优选和结构优化提供一定的理论依据。

Abstract

To understand the penetration mechanism of ambient gases in glass shell materials of ultra-high vacuum electronic devices in depth

numerical simulation of gas permeation including dissolution and diffusion processes in glass was studied with the methods of giant canonical Monte Carlo and molecular dynamics. The solubility coefficients of oxygen

helium

hydrogen and water vapor molecules in two kinds of glass structure

together with the diffusion coefficients

permeability coefficients and motion trajectories of oxygen and hydrogen molecules in soda-lime glass

were calculated based on the COMPASS(Condensed-phase optimi-ed molecular potentials for atomistic simulation studies)force field. The calculation results show that a kind of gas having a higher affinity with glass has a higher solubility coefficient. Metal ions distributed in glass make the si-e of pores in glass smaller

which results in a lower gas solubility coefficient of soda-lime glass. Both of rising environment tempera

关键词

Keywords

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