Tyhjiötilassa

Tyhjiötilassa tarkoitetaan tilaa, jossa kaasun paine on huomattavasti pienempi kuin normaalissa ilmassa. Käytännössä tyhjiötilat saavutetaan poistamalla kaasua tilasta, jolloin kaasumolekyylien määrä ja vuorovaikutukset ovat vähäisiä. Tällaiset olosuhteet vaikuttavat lämpö- ja massansiirtoon sekä kemiallisiin reaktioihin.

Luokitus ja mittaus: Tyhjiö voidaan jakaa useisiin luokkiin. Yleisiä määritelmiä ovat rough vacuum (~760 Torr–1 Torr, noin 101–133 Pa), high vacuum (~10^-3–10^-9 Torr, noin 0,13–1,3×10^-4 Pa) ja ultra-high vacuum (~10^-9–10^-12 Torr, noin 1,3×10^-4–1,3×10^-7 Pa). Paineen mittaus käytännössä tarkoittaa usein torria tai pascalia.

Saavuttaminen: Tyhjiö saadaan erottamalla ilman tilasta käyttämällä erilaisia pumppuja. Yleisimpiä ovat diffuuspumput, turbomolekyylipumput sekä ionipumput; kriopumput käytetään erittäin alhaisten paineiden saavuttamiseen. Ennen paineen alenemista tilat puhdistetaan ja niitä suoritetaan bake-out-menettelyillä.

Ominaisuudet ja ilmiöt: Tyhjiötilassa kappaleiden välinen kaasun määrä on vähäinen, joten lämpöjohtuminen tapahtuu pääasiassa säteilynä sekä pintojen kautta. Outgassing ja vuodot voivat aiheuttaa paineen nousua, mikä tekee huollosta ja tiivisteiden kunnon seurannasta tärkeää.

Käyttökohteet: Tyhjiötä tarvitaan monilla aloilla, kuten elektronimikroskopiassa (SEM, TEM), litografiassa ja materiaalitutkimuksessa sekä vakuumiprosesseissa kuten PVD- ja sputterpinnoitteissa.

Haasteet ja rajoitteet: Tyhjiöjärjestelmien ylläpito vaatii jatkuvaa vuotojen ja outgassingin hallintaa sekä oikeiden pumpun ja mittauslaitteiden valintaa. Pienet vuodot voivat merkittävästi vaikuttaa saavutettavaan paineeseen.