Vakuumsystem

Ein Vakuumsystem ist eine Anordnung, die einen absichtlich evakuierten Raum erzeugt und dort den Druck reduziert und stabil hält. Typischerweise besteht es aus einer Vakuumkammer, einer oder mehreren Pumpen, Mess- und Steuerungseinrichtungen sowie Absperr- und Verbindungselementen. Ziel ist es, Gasatome aus der Kammer zu entfernen und das Restgasdruckniveau zu kontrollieren, um Prozesse wie Beschichtung, Materialbearbeitung oder Spektroskopie zu ermöglichen.

Vakuumsysteme decken Druckbereiche von grobem Vakuum bis Ultrahochvakuum ab. Grobvakuum liegt meist über 1 mbar, während höhere Vakuumklassen deutlich darunter liegen und Ultra- bzw. Ultrahochvakuum bis in Bereiche unter 10^-9 mbar erreicht werden können. Die Wahl des Druckniveaus hängt von der Anwendung, dem Gaslast, der outgassing-Charakteristik und der Materialverträglichkeit ab.

Wichtige Bauteile sind die Vakuumkammer (oft aus Edelstahl), Dichtungen (Metall-, Viton- oder Kalrez-Dichtungen), Flansche (KF/ISO-KF, CF), Absperrventile, Pumpen und Gaskomponenten. Für die Kühlung, Sicherheit und Konditionierung kommen oft Spezialsysteme hinzu, etwa Bake-out-Anlagen.

Pumpearten gliedern sich typischerweise nach dem Druckbereich. Für grobes Vakuum werden mechanische Pumpen wie Wälzkolben- oder Wälzlaufradpumpen eingesetzt. Für hohen bis ultrahochen Vakuumbereich kommen Turbomolekularpumpen, Diffusionspumpen, Kryopumpen oder Ionisationspumpen zum Einsatz. Die Wahl hängt von Gaszusammensetzung, Prozessbelastung und chemischer Kompatibilität ab.

Messung und Kontrolle erfolgen mit Vakuum-Gauges wie Pirani- oder Penning-Gauge sowie Ionisations-Gauges im Hochvakuumbereich. Typische Anwendungen finden sich in der Halbleiterfertigung, Beschichtung, Elektronenmikroskopie, Massenspektrometrie und fundamentaler Forschung.