Случилась тут со мной на днях оказия, друзья — купил себе вау вакуумную камеру и вакуумный насос!
Никогда не догадаетесь, зачем это мне надо :-) Поэтому в конце статьи я всё-таки об этом расскажу.
Но для начала давайте прикинем, насколько эта штука может быть полезной/бесполезной в бытовом использовании?
Сразу скажу, что когда камера пришла, я слегка обалдел от наглядного созерцания её размеров, хотя и ожидал чего-то подобного (картинка кликабельна):
Как можно видеть, одна только даже толщина стекла, которое закрывает камеру, впечатляет — впрочем, весит это стёклышко тоже недурно: навскидку, в районе 2,5–3,5 кг!
Как заявляет производитель вакуумного насоса, он позволяет развивать разрежение порядка 150 микрон (20 Па), что является довольно неплохим показателем*.
*Для сравнения, атмосферное давление составляет порядка 760 000 Микрон или больше 100 000 Па.
Развиваемое разрежение позволяет осуществить множество интереснейших опытов, которые, к тому же, имеют вполне чёткое практическое применение! ;-)
Итак, посмотрим, чего мы могли бы достичь с применением этой установки!
А начнём мы, пожалуй, с самого практически применимого — сублимационной сушки!
Многие, даже если не знали, наверняка догадывались, что многие вещества ведут себя в условиях вакуума весьма отличным образом по сравнению с тем, к чему мы все привыкли, — не являются исключением в этом плане и процессы кипения и испарения веществ.
Все мы знаем, благодаря своей обыденной логике и практической деятельности, что кипение всегда предваряет нагрев, зачастую до довольно существенных температур.
Более продвинутые в техническом плане вспомнят, что кипение — кипению рознь и зависит как от самого вещества (где каждое вещество имеет свою температуру кипения), так и от атмосферного давления — другими словами, при прочих равных с понижением давления понижается и температура кипения.
Таким образом, вполне достижимо такое давление, при котором возможно кипение, например, при комнатной температуре.
Однако приходило ли вам в голову, что твёрдые вещества тоже могут кипеть в вакууме?!
Например, как ни странно, лёд! :-D
Причём это не какой-то там технический курьёз, а весьма широко используемый в практической деятельности приём, и называется он «сублимация» — то есть переход твёрдого вещества сразу в газообразную форму, минуя жидкую фазу (и такое, оказывается, бывает).
Причём, как мы видим по картинке выше, существует и обратный процесс, называемый «десублимацией», то есть прямой переход газообразного вещества в твёрдое состояние (кому интересно более подробно об этом почитать, могут глянуть, например, здесь или здесь).
На этом моменте, узнав знакомое слово, наверняка многие сразу скажут себе: «оппа, да это же…» — и будут правы: да, именно так и делается сублимированный кофе! :-)
Частенько эту технологию называют ещё сублимационной сушкой, и выглядит она обычно следующим образом: исходный продукт замораживается вне сублимационной камеры или даже прямо в ней, через которую могут проходить трубы с теплоносителем (водные растворы этилена или пропиленгликоля), охлаждённые до минусовых температур. Это полезно ещё и в том смысле, что продукты сохраняются в замороженном состоянии при понижении давления до вакуума, не размораживаясь, так как процесс занимает некоторое время в зависимости от размеров вакуумной камеры.
После чего начинают понижать давление, и лёд начинает активно испаряться, при этом камера наполняется парами воды, которые должны непрерывно откачиваться*.
Это, если решать задачу «в лоб». Однако непрерывно (часами!) гонять вакуумный насос — не лучшая идея, поэтому идут альтернативным путём: там же, в вакуумной камере, размещают ловушки для пара, выглядящие как теплообменники (просто трубки или оребрённые трубки), охлаждённые до температуры, существенно меньшей, чем температура продукта. Например, если продукт охлаждён до −30 °C, то ловушка должна быть охлаждена где-нибудь до −50 °C.
Таким образом, все водяные пары, образующиеся в камере, постоянно улавливаются этой ловушкой, намерзая на ней в виде льда (при закладке новой партии продукта ловушку нужно разморозить, то есть удалить намёрзший лёд от прежней партии).
Скорость испарения льда тем выше, чем выше температура в камере, однако если важно сохранить структуру сублимированного продукта, то температуру нужно подбирать таким образом, чтобы обеспечить оптимальную скорость испарения без разрушения самого продукта.
После завершения процесса сублимации в те же самые трубы, которые служили на предыдущем этапе для охлаждения продукта, подают теплоноситель с постепенно повышающейся температурой, чтобы постепенно довести температуру продукта до чуть более высокой, чем температура во внешней комнате. Это необходимо сделать во избежание образования конденсата на продукте после того, как давление в камере сравняется с атмосферным и камеру откроют.
Если кому-нибудь пришло бы в голову делать сублимированный кофе самостоятельно, то в промышленности это выглядит следующим образом:
зёрна размалываются, после чего варятся в специальных ёмкостях, в результате чего образуется крепкий настой;
далее этот настой проходит фильтрацию и замораживается (быстро, промышленным способом — это называется «шоковая заморозка»), что позволяет сохранить питательные вещества;
замороженный настой помещается в вакуумную камеру, где давление понижают вплоть до 130 микрон (таким образом, мы видим, что мой насос с его 150 микронами находится в самом центре возможностей и легко тянет этот процесс);
температура ёмкостей со льдом поддерживается в диапазоне от примерно −30 °C до плюсовых значений, несколько выше температуры в помещении (как мы видели ранее, это определяется этапом обработки: на ранних этапах — от самой низкой температуры, которая затем повышается перед извлечением продукта с целью избежать образования конденсата).
Процесс сублимации занимает довольно длительное время: для сравнения можно сказать, что 1 кг льда требует для своего испарения вплоть до 8 часов.*
*Время зависит от площади, с которой идёт испарение. Поэтому для уменьшения времени в промышленных условиях максимально увеличивают площадь, заливая настой тонкими (до 2 см) слоями в большие лотки.
В результате такой обработки образуется продукт пористой структуры, который затем раскалывается на мелкие кусочки и может быть упакован там же, в условиях вакуумной камеры, или в другой камере, но в условиях инертной среды, для сохранения полезных свойств кофе.
То есть, говоря другими словами, имея вакуумную камеру дома, вполне можно попробовать воспроизвести промышленный процесс самостоятельно, который, наверняка, не получится с тем же качеством, но попытаться можно (при наличии желания). :-)
Что интересно: теоретически в вакууме можно провести зрелищный опыт по замерзанию обычной воды — так как кипение воды забирает у неё энергию, в результате чего, если не будет поступления энергии извне (или оно будет недостаточным), температура воды будет всё время падать, пока не понизится настолько, что вода замёрзнет! О_о
Наличие вакуумной камеры в непосредственном доступе позволяет прикоснуться и к таким технологиям, как вакуумное напыление материалов, например, хромирование, создание разнообразных металлизированных плёнок, нанесение тонких слоёв металлов на стёкла и т.д.
Причём, что интересно, многие проводят эти опыты даже с очень примитивными камерами, сделанными просто из обычной стеклянной банки из-под варенья или солений и т. д. (можно подробнее посмотреть по ссылке выше, там много про это).
Некоторое время назад я разбирался с дифракционными материалами (то есть с тем, как получать радужные узоры, разлагая свет на спектр), и тут мне пришла идейка очень интересного устройства, о котором я писал вот здесь, — дифракционного малярного валика: то есть устройства, покрытого дифракционной решёткой, с помощью которого можно, грубо говоря, «накатывать дифракцию» на любые поверхности!
Ничего подобного я никогда до этого не видел, и это было бы как минимум очень интересно: вместо того чтобы красить стены, можно их закатать в радужные узоры!
Глубже копаясь в этой теме, я выяснил, что получение дифракционных решёток — довольно сложная задача, но это если пытаться решать вопрос классическим способом: лазерным или механическим нарезанием бороздок.
Однако, как выясняется, есть целый ряд альтернативных способов, использующих вакуумное напыление особых материалов, которые, осаждаясь на поверхности, создают ребристую рельефную структуру, достаточно мелкую, чтобы вызывать дифракцию белого света!
Причём процесс осаждения идёт очень быстро и в объёме: можно покрыть малярной валик со всех сторон сразу!
Предлагаю вам при наличии желания покопаться самостоятельно и выяснить эти способы. :-) Считаю, что они достаточно интересны и потенциально весьма полезны (можно создать вполне себе коммерческий продукт в виде дифракционного валика). :-)
Ещё одним интересным экспериментом, о котором я уже рассказывал ранее, является возможность создания на базе вакуумной камеры самого простого рентген-аппарата: нужно всего лишь... перематывать скотч в вакууме, отрывая его от одного рулона и наматывая, например, на другой! О_о
Сразу скажу, что делать этого категорически не стоит: излучение получается очень мощным — в экспериментах тестеры даже делали рентгеновские снимки своей руки без каких-либо проблем! О_о
Причина возникновения рентгеновского излучения, если вкратце, такова: скотч при отрывании плёнки от рулона является самой натуральной электронно-лучевой трубкой, только механической. При отрывании плёнки от рулона возникает разделение зарядов, при котором зоны недостатка и избытка электронов формируются на каждой из разделяемых поверхностей в виде некоторых локальных областей.
В определённый момент, когда разность потенциалов становится слишком высокой, электроны начинают срываться из областей с их избытком, ускоряясь к той поверхности, где наблюдается их недостаток. В результате при ударе об эту поверхность возникает тормозное рентгеновское излучение.
В теории, если бы нас не защищала атмосфера Земли, то мы бы облучались рентгеновским излучением каждый раз при отрывании скотча!
Однако атмосфера защищает нас от этой опасности, тормозя электроны и не давая им разогнаться до опасных значений скоростей.
Тем не менее, всё кардинально меняется, если скотч отрывать в вакууме!
Причём интенсивность излучения впечатляюще растёт в зависимости от скорости отрывания скотча, поэтому экспериментаторы по ссылке выше перематывали его на достаточно скромной скорости — так как, думается, в их планы не входило «облучиться насмерть» :-)
К слову, метод весьма действенный, и в советское время даже проводились эксперименты по построению аппаратов дефектоскопии металлоконструкций, где в качестве источника рентгеновского излучения выступало именно отрывание одной липкой поверхности от другой — в вакууме…
А теперь — зачем это вакуумное оборудование нужно лично мне: тут всё просто — я планирую осуществлять массовую заливку защитных стёкол для микромониторов электроники в рамках своего небольшого серийного производства (на дому).
Долго думал, из чего делать защитные стёкла, изначально даже рассматривая лазерную резку и фотополимерную 3D-печать из прозрачных материалов.
Но я понял, что всё это не годится: фотополимерные распечатки будут недостаточного качества, а изготовленные лазерной резкой — слишком дорогими. К тому же я получу зависимость от стороннего производства, чего хотелось бы избежать.
Поэтому я решил самостоятельно отливать эти стёкла. Теперь — почему в вакууме: дело в том, что при заливке из полимерных композитов, чтобы изделие получилось качественным и без включений пузырьков воздуха, требуется провести дегазацию смеси.
Самый правильный способ осуществления такой дегазации — производить заливку в вакууме.
Где, предварительно, при понижении давления, смесь будет «вскипать» из-за расширения растворённых газов, которые будут таким образом удалены.
В качестве материала для заливки была выбрана прозрачная эпоксидная смола — думал ещё и о других материалах, однако, при весьма небольших размерах мониторов (10×30 мм примерно), жёсткость и прочность эпоксидной смолы в моём представлении перевесила износостойкость и некоторую гибкость полиуретановых смол (если правильно помню и ничего не путаю, именно их рассматривал в качестве альтернативы).
Однако, некоторая гибкость полиуретановой смолы меня не устроила, так как защитное стекло не должно прогибаться и не должно иметь возможности повредить монитор, прогнувшись.
Пока планирую осуществлять действия следующим образом: сама смола и отвердитель находятся в вакуумной камере раздельно.
После понижения давления они дегазируются, после чего смешиваются в механической мешалке и подаются на заливку сквозь гибкую трубку, по которой катятся колёсики — то есть перистальтический насос.
И механическая мешалка, и гибкая трубка выполняются таким образом, чтобы иметь одноразовые элементы (которые касаются смолы и будут покрыты отверждённым слоем после первой заливки), выбрасываемые после каждой заливки — т.е. и система смешивания, и система подачи имеют расходные элементы, выбрасываемые каждый раз, после каждой заливки.
Все процессы управляются извне камеры, так как, несмотря на то, что сама камера стальная, она имеет толстую крышку из прозрачного оргстекла, которая пропустит радиосигнал.
Таким образом, прямо внутри камеры будет находиться управляющий микроконтроллер ESP32, к которому будет подключаться смартфон, на котором будет отображаться графический интерфейс управления микроконтроллером.
Камера у меня достаточно большая, как уже говорил выше, на 20 литров — поэтому туда поместится много чего... :-)
Как планирую осуществлять литьё: между двумя кусками оконных стёкол, между которыми проложен сложный лабиринт, напечатанный на FDM-3D-принтере из TPU, содержащий как формы для стёкол, так и сложную систему «литников» — т. е. каналов для перетекания смолы.
Таким образом, смола будет заливаться только в одно место, из которого будет растекаться в сотни форм сразу.
В результате получится масса отлитых стёкол практически идеального качества, слегка шершавых с торцов (что не важно).
Стёкла будут сжаты (как вариант) магнитными зажимами — системой неодимовых магнитов, распределённых в шахматном порядке по внешней стороне стёкол и сидящих в пластиковых ячейках, также напечатанных на FDM-3D-принтере и приклеенных к стеклу.
Предполагаю, что за одну операцию заливки можно будет залить порядка 400–500 стёкол идеального качества, и без какого-либо заказа на стороне. «То, что доктор прописал». :-)
Если у вас есть идеи, что ещё можно делать с помощью такой камеры — было бы интересно почитать :-) (P.S. дегазация уже была :-)) ).
Ну или хотите внести какие-то предложения/изменения в технологию литья стёкол — тоже буду рад узнать ваше мнение!
Подытоживая, можно сказать, что наличие вакуумной камеры под рукой позволяет осуществить множество интересных экспериментов и достаточно полезных практических вещей, если применить некоторую выдумку, так как вакуумные технологии прочно вошли в нашу жизнь очень давно, и за это время была наработана большая база интересных решений.
Остаётся только найти время и проштудировать наиболее интересные решения, проанализировав их на применимость для своей жизни и своего конкретного случая… ;-)
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»
