Die Grundlagen der Vakuumtechnik

 

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WAS IST VAKUUM?

 

Vakuum ist der thermodynamische Zustand in einem gas – und/oder dampfgefüllten Raum bei Drücken unterhalb des Atmosphärendruckes.

In der Physik wird Vakuum als „experimentell erreichbare Leere“ definiert, gemeint ist der Zustand in einem Raum, der frei von Materie ist.

In der Praxis wäre ein solcher Zustand jedoch nicht umsetzbar, daher spricht man hier schon von Vakuum, wenn der Luftdruck

in einem Raum unter dem der Atmosphäre liegt bzw. die Dichte von Luftmolekülen reduziert ist.


WOZU VAKUUM?

 

 

Seit Jahrhunderten beschäftigt Vakuum die Menschheit, populär wurde das Vakuum jedoch erst durch

Otto von Guericke, den Erfinder der Luftpumpe.

Mit den Magdeburger Halbkugeln demonstrierte Otto von Guericke 1654 auf dem Reichstag

in Regensburg und 1657 am Hof des Kurfürsten Friedrich Wilhelm die Wirkung des Luftdrucks,

bewies damit die Existenz der Erdatmosphäre und widerlegte auf leicht nachvollziehbare

Weise den so genannten “ Horror vacui“, wie das sieben Jahre zuvor auch schon Blaise Pascal mit einem

weniger anschaulichen Experiment getan hatte “ Leere in der Leere“.


Vakuum ist mittlerweile fester Bestandteil in der Forschung von Chemie, Biologie

und Physik. Außerdem ist es unverzichtbar in wichtigen Industrieprozessen, z.B.

die Halbleiterherstellung oder die Massenspektroskopie.



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EINTEILUNG DER VAKUUMBEREICHE

 

 

In der Vakuumtechnik ist es üblich, den großen Vakuumbereich, der heute mehr als

16 Zehnerpotenzen umfasst in einzelne, kleinere Gebiete zu unterteilen.


Dabei werden nach physikalischen Erscheinungen und technischen

Erfordernissen generell folgende Vakuumbereiche unterschieden:


Bereich Abkürzung Druck (mbar)

Strömungsmechanismen

Grobvakuum GV 103 – 100 viskos
Feinvakuum FV 100 – 10-3 knudsen
Hochvakuum HV 10-3 – 10-7 molekular
Ultrahochvakuum UHV < 10-7 molekular


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EINSATZGEBIETE DER VAKUUMTECHNIK


Beispiele für industrielle Vakuumverfahren Ultrahochvakuum Hochvakuum Feinvakuum Grobvakuum
Glühen von Metall _______
Schmelzen von Metall ______ ______ _______ ______
Entgasen von Metallschmelzen ______ ______ ______
Stahlentgasung ______ ______
Elektronenstrahlschmelzen ______ ______
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Elektronenstrahlschweißen ______ _______ ______ ______ ______ ______ ______ ______
Aufdampfen ______ ______ ______ ______ ______
Zerstäubung von Metallen ______ ______ ______
Zonenschmelzen und Kristallherstellung im Hochvakuum ______ ______ _______
Molekulardestillation _______ ______ ______ ______
Entgasen von Flüssigkeiten ______ ______ ______ ______
Sublimation _______ ______ ______ ______
Vergießen von Harzen und Lacken ______ ______ ______ ______ ______
Trocknung von Kunststoffen ______ ______ ______
Trocknung von Isolierpapier ______ ______ ______ ______ ______
Gefriertrocknung von Massengütern ______ ______
Gefriertrocknung von Pharmazeutischen Produkten ______ ______ ______ ______
Produktion von Glühlampen _______ ______ ______ ______ ______
Produktion von Elektronenröhren ______ ______ ______
Produktion von Gasentladungsröhren ______ ______ _______ ______ ______ ______ ______ ______ ______
Beispiele für physikalische und chemische Untersuchungsverfahren
Ultrahochvakuum Hochvakuum Feinvakuum Grobvakuum
Massenspektrometer ______ ______ ______ ______
Molekularstrahlapparaturen
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Ionenquelle ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______
Teilchenbeschleuniger ______ ______ ______
Elektronenmikroskop ______ ______ ______
Elektronenbeugungsapparate ______ ______ ______ ______ ______ ______
Vakuumspektrographen ______ ______
Tieftemperaturforschung ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______
Herstellung dünner Schichten
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Oberflächenphysik ______ ______ ______ ______
Plasmaforschung ______ ______
Kernfusionsapparaturen ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______
Weltraumsimulation ______ ______ ______ ______ ______ ______
Materialforschung ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______
Präparation für Elektronenmikroskopie ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______