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Vakuumtechnologie Einführung in die Grundlagen der Vakuumtechnik.

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Präsentation zum Thema: "Vakuumtechnologie Einführung in die Grundlagen der Vakuumtechnik."—  Präsentation transkript:

1 Vakuumtechnologie Einführung in die Grundlagen der Vakuumtechnik

2 Überblick Definition des Vakuums Definition des Vakuums Geschichte Geschichte Anwendung Anwendung Druck Druck Ideale Gasgleichung Ideale Gasgleichung Freie Weglänge Freie Weglänge Erzeugung eines Vakuums Erzeugung eines Vakuums Pumpen Pumpen Messgeräte Messgeräte Dichtungen Dichtungen Werkstoffe Werkstoffe Verhalten von Materie im Vakuum Verhalten von Materie im Vakuum Dampfdruck Dampfdruck Adsorption und Desorption Adsorption und Desorption

3 Überblick über die Geschichte der Vakuumtechnik Seit Aristoteles horror vakui Seit Aristoteles horror vakui 16. Jahrhundert: Torricelli stellte erstes experimentell gebildetes Vakuum her 16. Jahrhundert: Torricelli stellte erstes experimentell gebildetes Vakuum her Mitte 17. Jahrhundert: Otto von Guericke pumpte zum ersten mal eine Kugel luftleer,, Mitte 17. Jahrhundert: Otto von Guericke pumpte zum ersten mal eine Kugel luftleer,, Magdeburger Halbkugeln(1)

4 Definition des Vakuum Grobvakuum Grobvakuum 1000 – 10 mbar 1000 – 10 mbar Feinvakuum Feinvakuum 10 – mbar 10 – mbar Hochvakuum Hochvakuum – mbar – mbar Ultrahochvakuum Ultrahochvakuum – mbar – mbar Extremultrahochvakuum Extremultrahochvakuum < mbar < mbar (2)

5 Anwendungsbeispiele verschiedener Vakua Industrie: Industrie: Feinvakuum: - Trocknung von Kunststoffen Feinvakuum: - Trocknung von Kunststoffen - Gefriertrocknung - Herstellung von Glühbirnen Hochvakuum: - Produktion von Elektronenröhren Hochvakuum: - Produktion von Elektronenröhren - Kristallherstellung Ultrahochvakuum: - Aufdampfen Ultrahochvakuum: - Aufdampfen - Zerstäuben von Metallen - Zerstäuben von Metallen Forschung: Forschung: Hochvakuum: - Massenspektroskopie Hochvakuum: - Massenspektroskopie - Elektronenmikroskopie - Elektronenmikroskopie Ultrahochvakuum: - Tieftemperaturforschung Ultrahochvakuum: - Tieftemperaturforschung - Oberflächenphysik - Oberflächenphysik - Teilchenbeschleuniger - Teilchenbeschleuniger - Weltraumsimulation

6 Druck Definiert als Kraft pro Fläche: p=F/A Definiert als Kraft pro Fläche: p=F/A [p]=N/m=Pascal 1 bar = 10 5 Pascal (3)

7 Ideale Gasgleichung gilt unter folgenden Annahmen: Moleküle sind Kugelförmig Moleküle sind Kugelförmig Moleküle haben kein Eigenvolumen Moleküle haben kein Eigenvolumen Moleküle üben keine atomaren Kräfte aufeinander aus Moleküle üben keine atomaren Kräfte aufeinander aus (4)

8 Teilchenanzahl in einen cm³ bei Zimmertemperatur (20°C) Berechnung mit Hilfe der idealen Gasgleichung Normaldruck : 2, Teilchen Hochvakuum : 2, Teilchen (5)

9 Freie Weglänge Teilchendichte: n = N/V = p/(k. T) Daraus folgt nach längerer Umrechnung die freie Weglänge l = (6, m. mbar)/p (für T=20°C) Bei Normaldruck: l = 6, m (ca. 100facher Moleküldurchmesser) (6)

10 Vakuumpumpen Turbomolekularpumpe Turbomolekularpumpe Membranpumpe Membranpumpe Drehschieberpumpe Drehschieberpumpe (7) (8) (10)

11 Turbomolekularpumpe (11)

12 Membranpumpe (12)

13 Drehschieberpumpe (13)

14 Saugvermögen und Enddruck Saugvermögen: S=dV/dt [S]=l/s Effektives Saugvermögen: 1/S eff = 1/S + 1/L experimentelle Bestimmung : S eff = V/t. ln(p 0 /(p(t)-p end ) Real erreichbarer Enddruck:p end = (D+q Leck )/S eff

15 Vakuummessgeräte Pirani-Vakuummeter Pirani-Vakuummeter Bayard-Alpert-Vakuummeter Bayard-Alpert-Vakuummeter (15) (16)

16 Pirani-Vakuummeter Prinzip: Steigende Temperatur des Drahtes durch sinkenden Druck beeinflusst Drahtwiederstand Messbereich: 10 3 – mbar (17)

17 Bayard-Alpert-Vakuummeter Prinzip: -Ionisation des Restgases -Druckmessung durch Strommessung am Ionenfänger am Ionenfänger Messbereich: – mbar (18)

18 WerkstoffeVoraussetzungen: -geringer Eigendampfdruck -Gasdichtheit -geringer Fremdgasgehalt -keine oder leicht zu entfernende adsorbierte Schichten adsorbierte Schichten geeignete Materialien: ungeeignete Materialien: -Edelstahl -die meisten Gummisorten -Glas -Kunststoffe -Aluminium -Zink -Bronze -Messing -Viton -Lötzinn -Teflon -Klebstoff -Keramik

19 Dampfdruck (19)

20 Dampfdruckkurven verschiedener Materialien (20)

21 Adsorption und Desorption (21)

22 Informationen zum Praktikum Druck im mobilen Labor: mbar Druck im mobilen Labor: mbar Freie Weglänge bei mbar ca. 67 cm Freie Weglänge bei mbar ca. 67 cm Betrieb einer Heizwendel bei p < mbar Betrieb einer Heizwendel bei p < mbar Was ist beim Arbeiten mit einem Vakuum zu beachten? Was ist beim Arbeiten mit einem Vakuum zu beachten? Nicht 2 gleiche Materialien miteinander verschrauben (Kaltverschweißung) Nicht 2 gleiche Materialien miteinander verschrauben (Kaltverschweißung) Lufteinschlüsse müssen vermieden werden Lufteinschlüsse müssen vermieden werden Elektrische Verbindungen nicht löten, sondern punktschweißen Elektrische Verbindungen nicht löten, sondern punktschweißen Sauber und fettfrei arbeiten Sauber und fettfrei arbeiten

23 Quellenangaben (1),(20),(21): Wutz, Walchert et al. Handbuch Vakuumtechnik (2): Skript Vakuumtechnik & kinetische Gastheorie vom physikalischen Praktikum der FH Münster (Fachrichtung: Physikalische Technik) (5),(6): Halliday, Riesnick, Walker Physik (3),(4),(7)-(19): Verschiedene Internetquellen.


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