Vacuumtechniek

Vacuumtechniek omvat het creëren, onderhouden en gebruiken van vacuümomgevingen waarin de gasdruk aanzienlijk lager ligt dan atmosferische druk. Het doel is processen uit te voeren zonder verontreiniging, oxidatie of gasfase-interacties met lucht, waardoor eigenschappen zoals oppervlaktestructuur, samenstelling en reactiesnelheid beter kunnen worden beheerst.

Een vacuüm wordt uitgedrukt in druk. Veelgebruikte klassen zijn ruwvacuum (tot ongeveer 1 mbar), hoogvacuum (ongeveer 10^-3 tot 10^-7 mbar) en ultrahoogvacuum (10^-7 tot 10^-12 mbar). De druk wordt vaak uitgedrukt in Pascal, millibar of Torr. De juiste classificatie bepaalt welke pompen en materialen nodig zijn.

Een vacuümsysteem bestaat uit een vacuümkamer, pompen, kleppen, leidingen en meet- en regelapparatuur. Belangrijke pompsoorten zijn mechanische pompen zoals de roterende schuifpomp, droogpompen, turbomoleculaire pompen en ionenpompen; daarnaast worden diffusie- en cryogene pompen toegepast in specifieke situaties. Meetapparatuur omvat onder meer Pirani- en Ionengauges voor verschillende drukbereiken.

Bij het opbouwen van een systeem wordt meestal begonnen met een ruwe pomp om de druk snel te verlagen, gevolgd door een hogevacuumpomp voor lagere druk. Bake-out, waarbij de kamer op verhoogde temperatuur wordt gehouden om uitgas te verminderen, verbetert de uiteindelijke vacuumkwaliteit en reduceert lange termijn uitgas.

Belangrijke toepassingsgebieden zijn dunfilmcoating (PVD/CVD), halfgeleiderfabricage, elektronenmicroscopie, massaspectrometrie en vacuümverdamping, evenals toepassingen zoals vriesdrogen en vacuümdegasprocessen.

Materialen en ontwerp richten zich op lage uitgas en chemische stabiliteit. Veel gebruikte materialen zijn roestvrij staal en aluminium; metalen pakkingen worden toegepast om lekkages te minimaliseren. Uitgas, residu en lekkages dienen te worden geminimaliseerd door zuivering en bake-out.

Veiligheid en onderhoud: vacuümsystemen kunnen bij beschadiging of onvoldoende sterkte imploderen; gebruik interlocks en beveiligingsmaatregelen. Leaks worden opgespoord met helium-lekkagetesten, en onderhoud en kalibraties worden regelmatig uitgevoerd.