Was ist eine Vakuumkammer?
Eine Vakuumkammer ist ein versiegelter Behälter, der einen extrem niedrigen atmosphärischen Innendruck aufrechterhalten soll.
In der Regel handelt es sich um eine kastenförmige Struktur aus Metall, die ein Vakuum erzeugt, indem sie Gase aus dem Inneren entfernt. Sie wird auch als Vakuumbehälter bezeichnet.
Ein Vakuum schützt Materialien wie Metalle und Kunststoffe vor Oxidation und Korrosion, da Sauerstoff und Feuchtigkeit praktisch nicht vorhanden sind. Die Verwendung einer Vakuumkammer zur Verarbeitung von Materialien kann deren Haltbarkeit und Qualität verbessern.
Sie muss jedoch unter entsprechender Schulung und Anleitung betrieben werden, da extrem niedrige oder plötzliche Luftdruckschwankungen Gefahren verursachen können. Außerdem muss auf die Konstruktion und Abdichtung der Kammer geachtet werden, um das Risiko von Unfällen und Leckagen zu minimieren.
Anwendungen von Vakuumkammern
Vakuumkammern sind Geräte, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Im Folgenden werden Beispiele für die Verwendung von Vakuumkammern genannt:
1. Materialforschung
Vakuumkammern werden zur Untersuchung von Materialeigenschaften eingesetzt. Im Vakuum können die physikalischen Eigenschaften von Materialien ohne den Einfluss von Gasen oder Feuchtigkeit untersucht werden. Vakuumkammern werden zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und der elastischen Eigenschaften eingesetzt.
Vakuumkammern werden auch zur Untersuchung der Oberflächenbehandlung und des Oxidationsschutzes von Werkstoffen eingesetzt. Sie werden häufig zur Verhinderung von Oberflächenkorrosion und zur Entwicklung von Beschichtungstechnologien verwendet. In einigen Fällen wird das Degradations- und Oxidationsverhalten von Werkstoffen unter Vakuumbedingungen beobachtet, um die Haltbarkeit und Lebensdauer zu beurteilen.
2. Oberflächenbehandlung
Die Oberflächenbehandlung von Werkstoffen kann unter Verwendung einer Vakuumkammer durchgeführt werden. Unter anderem ist das Aufdampfen ein Verfahren, bei dem Metalle oder andere Stoffe in einer Vakuumkammer aufgedampft werden, um einen gleichmäßigen dünnen Film auf der Oberfläche eines Substrats oder Materials zu bilden. Dieses Verfahren wird häufig bei optischen Beschichtungen und bei der Halbleiterherstellung eingesetzt.
3. Halbleiterherstellung
Für die Herstellung von Halbleitern wird häufig Vakuum benötigt. Abscheidung und Ätzen werden manchmal unter Vakuum durchgeführt.
Die Abscheidung ist ein Prozess, bei dem Gase oder Dämpfe unter Vakuumbedingungen eingeleitet werden, um eine dünne Schicht auf einem Halbleitersubstrat zu erzeugen. Es wird bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und bei der Bildung integrierter Schaltkreise eingesetzt.
Ätzen ist ein Verfahren, bei dem Halbleiteroberflächen durch chemische oder physikalische Mittel im Vakuum abgetragen werden. Es wird zur Herstellung feiner Muster und Schaltkreisstrukturen verwendet.
Funktionsweise der Vakuumkammern
Eine Vakuumkammer erzeugt ein Vakuum, indem sie den atmosphärischen Druck im Inneren reduziert und die Anwesenheit von Gasen und Gasmolekülen so weit wie möglich ausschließt. Die Aufrechterhaltung des Vakuums erfordert eine Vakuumpumpe, eine verbesserte Luftdichtheit durch Dichtungen und die Entfernung von Gasen.
Vakuumpumpen werden in Vakuumkammern eingesetzt, um Gase zu entfernen. Die Pumpen saugen oft die Gase in der Kammer ab und leiten sie in die Außenluft. Zu den gängigen Pumpentypen gehören Ölkreisel-, Turbomolekular- und Saugpumpen. Es ist auch wichtig, dass die Vakuumkammer luftdicht ist.
Verbindungen wie Kammerverschlüsse und Fenster werden durch Dichtungsmaterialien wie Gummi, O-Ringe und Metalldichtungen luftdicht gemacht. Die ordnungsgemäße Ausführung der Dichtungen und ihre Dichtheit müssen überprüft werden.
Zur Entfernung von Gasen und flüchtigen Stoffen werden in der Vakuumkammer Gaseinleitungs- und -absaugsysteme installiert. So können die Gase in der Kammer kontrolliert und das Vakuum aufrechterhalten werden.
Auswahl einer Vakuumkammer
Bei der Auswahl einer Vakuumkammer ist es wichtig, folgende Faktoren zu berücksichtigen:
1. Verwendungszweck
Bestimmen Sie zunächst den Zweck, für den die Vakuumkammer verwendet werden soll. Es ist wichtig, eine Kammer auszuwählen, die für die jeweilige Anwendung geeignet ist, z. B. für die Materialforschung oder die Simulation der Weltraumumgebung.
2. Erforderliches Vakuumniveau
Bestimmen Sie den Grad des Vakuums, der je nach Prozess oder Experiment erforderlich ist. Typische Vakuumbereiche reichen von Atmosphärendruck über Hochvakuum (ca. 10^-3 Pa) bis hin zu Ultrahochvakuum (ca. 10^-7 Pa). Je nach erforderlichem Vakuum wird das geeignete Pumpsystem und die entsprechende Kammerkonstruktion ausgewählt.
3. Volumen und Abmessungen
Das Volumen und die Abmessungen der Kammer sind entsprechend der Größe der Probe und der zu verwendenden Geräte auszuwählen. Es ist darauf zu achten, dass ausreichend Platz vorhanden ist und dass die Größe und Form der Probe angepasst werden kann.
4. Material und Dichtheit
Das Material und die Luftdichtheit der Kammer sind wichtige Faktoren. Es sollten haltbare und luftdichte Materialien sowie geeignete Dichtungsmaterialien gewählt werden, um die Luftdichtheit der Dichtungen und Verbindungen zu gewährleisten. Vakuumkammern werden im Allgemeinen aus rostfreiem Stahl hergestellt.