Christina Schwarz Martin-I. Trappe F70 Vakuum und Mechanik Christina Schwarz Martin-I. Trappe

Entwicklung der Vakuumtechnik

Mittlere freie Weglänge [m] Druckbereiche Druckbereich [mbar] Mittlere freie Weglänge [m] Strömung Grobvakuum 1000 bis 1 10-7-10-4 viskos Feinvakuum 1 bis 10-3 10-4 - 0.1 Knudsen Hochvakuum 10-3 bis 10-6 0.1-100 molekular Ultravakuum 10-6 bis 10-9 1000- 105 Ultrahoch-vakuum <10-9 >106

Freie Weglänge mittlere Strecke zwischen zwei Zusammenstößen Faustformel für Luft: Beispiel:

Strömungen viskose Strömung: 2·r·p ≥ 0.5 mbar·cm [→ Hagen-Poiseuille] Molekularströmung: 2·r·p ≤ 0.01 mbar·cm Knudsen Strömung: dazwischen

Saugvermögen Saugleistung Definition: Definition: (gemessen beim Druck an der Saugseite) Saugleistung Definition: Zur Auswahl einer Vorpumpe für eine Hochvakuumpumpe ist GGW-Zustand

Beispiel zur Saugleistung Unterschied zwischen und : Pumpe 1 (arbeitet bei ): Pumpe 2 (arbeitet bei ):

Widerstand eines Rohres Definition: (Ohmsches Gesetz) Leitwert: Kirchhoff‘sche Regeln: analog E-Lehre L proportional zu O( ) [→ möglichst dicke Leitungen verwenden]

Pumpen Verdrängerpumpen Treibmittelpumpen Molekularpumpen Sorptionspumpen Kryopumpen

Drehschieberpumpe

Pumpen Verdrängerpumpen Treibmittelpumpen Molekularpumpen Sorptionspumpen Kryopumpen

TMP

Pumpen Verdrängerpumpen Treibmittelpumpen Molekularpumpen Sorptionspumpen Kryopumpen

Messgeräte Flüssigkeits-Vakuummeter mechanische Vakuummeter Wärmeleitungs-Vakuummeter Ionisations-Vakuummeter

Röhrenfeder-Vakuummeter

Messgeräte Flüssigkeits-Vakuummeter mechanische Vakuummeter Wärmeleitungs-Vakuummeter Ionisations-Vakuummeter

Glühkathoden-Vakuummeter Ionenstrom Kollektor Kathode Anode Beschleunigungsspannung

Kriterien für Vakuumapparaturen Dampfdruck [Öl, Kleber] Schmelzpunkt [kein Messing] eingeschlossene Gase [Schweißstellen] kompakte Versuchsaufbauten [wenige Schläuche, dicke Leitungen, Pumpen direkt an der Vakuumkammer]

Versuchsdurchführung Drehschieberpumpe Drehschieber- und Turbomolekularpumpe Saugvermögen der Turbomolekularpumpe Leitwert von Rohr und Blende Lecksuche

Drehschieberpumpe Enddruck:

TMP mit Vorpumpe Druck im Rezipienten: Druck im Rezipienten nach 20 h:

Saugvermögen der TMP Saugvermögen hängt vom Druck im Rezipienten ab.

Schaubild Saugvermögen (Druck)

Leitwert von Rohr und Blende

Schaubild Leitwerte (Druck)

Lecksuche bedeutender Teil der Vakuumtechnik Lecktypen: Leckrate Echte Lecks (Risse, Löcher) Pseudolecks (Desorption von Gasen) Leckrate Beispiel Fahrradschlauch: Bei einer Leckrate von → 317 Jahre für Druckabfall von 1 bar

Gegenstrom-Lecksuche Helium-Lecksucher: massensensitives Glühkathoden-Vakuummeter

Anwendungen der Vakuumtechnik Lebensmittelindustrie Fernsehröhre Beschichtungen [Optik, Halbleitertechnik] z.B. Aufdampfen, Sputtern Fusionsforschung Teilchenbeschleuniger

Sputtern

Vielen Dank! Kombi-Vakuummeter Flansch Rezipient TMP Ventil Röhrenfeder-Vakuummeter Pirani-Vakuummeter Vielen Dank!