Vakuumbedingungen

Vakuumbedingungen bezeichnen Zustände, in denen der Gasdruck deutlich unter dem atmosphärischen Druck liegt. Der Druck wird als Absolutdruck Pabs angegeben und in Einheiten wie Pascal, Millibar oder Torr gemessen. In der Praxis unterscheiden Techniker grob zwischen grobvakuum, hochvakuum und ultrahochvakuum; je niedriger der Druck, desto geringer ist die Anzahl der Gasmoleküle und desto weniger Störeffekte treten auf. Die Qualität des Vakuums hängt neben dem Druck auch von der Gaszusammensetzung und der Kontamination ab.

Erzeugung und Aufrechterhaltung von Vakuum erfolgen durch verschiedene Pumpen und Verfahren. Mechanische Pumpen wie Rotationspumpen oder Scrollpumpen senken den Druck gegen atmosphärische Werte, während Turbomolekularpumpen und Diffusionspumpen höhere Grade des Vakuums ermöglichen. Elektronen- oder Ionenpumpen sowie Kryopumpen kommen häufig in der Ultrahochvakuumtechnik zum Einsatz. Wichtige Maßnahmen gegen Leckagen und Outgassing sind sorgfältige Materialwahl (z. B. Edelstahl, Glas), Bake-out (Ausheizung von Oberflächen), und der Einsatz geeignet dichter Dichtungen (Metallfittings statt Elastomer-Dichtungen im UHV-Bereich).

Messung und Regelung des Vakuums erfolgen mit verschiedenen Messgeräten. Manometer wie Kapazitätsmanometer liefern stabile Referenzwerte im hohen bis mittleren Vakuumbereich. Thermische oder Pirani- und Thermocouple-Gauden geben Hinweise im mittleren bis grobvakuomen Bereich. Für Ultrahochvakuum dienen Ionisations- oder Bayard-Alpert-Gauges. Die Gaszusammensetzung wird oft durch eine Restgasanalyse (RGA) bestimmt.

Anwendungen reichen von wissenschaftlichen Experimenten über Vakum-Beschichtungen (z. B. Dünnschichtabdeckung), Vakuumverpackungen, Vakuumtrocknung und -destillation bis hin zu Elektronenmikroskopie und Halbleiterfertigung. Sicherheits- und Qualitätsaspekte umfassen Leckagekontrollen, Bruchgefahr durch Unterdruck, Outgassing-Quellen und den sicheren Umgang mit kryogenen oder hochreinen Gasen.