Maßnahmen zur Verkürzung der Abpumpzeiten im Hochvakuum

 

Für das schnelle Erreichen des Endvakuums in einer Vakuumkammer spielen vor allem das Material und die Oberflächenbeschaffenheit eine große Rolle. Zudem ist die abzupumpende Gaslast relevant dafür, wie schnell der gewünschte Enddruck realisiert werden kann. Diese Gaslast besteht bis zum Erreichen des Basisdrucks im Wesentlichen aus der Leckrate der Kammer und den an den Kammerwänden und Einbauten anhaftenden Gasen und Dämpfen. Letztere lösen sich unter Vakuum nach und nach wieder von der Oberfläche ab – sie desorbieren also. Diese Desorption hat großen Einfluss auf die Abpumpzeiten und damit auf die Dauer bis zum Erreichen des designierten Enddrucks. Das Zusammenspiel aller oben beschriebenen Parameter spiegelt sich in der sogenannten Abpumpkurve wieder, in der die Druckabnahme in Abhängigkeit der Zeit dargestellt wird.

Maßnahmen zur Verkürzung der Abpumpzeiten
Um die Geschwindigkeit beim Abpumpen einer Vakuumkammer zu steigern, sind verschiedene Maßnahmen möglich. So verkürzt der Einsatz von Materialien, an denen Gas- und Wasserdampfmoleküle weniger stark anhaften, die Auspumpzeit. Eine Übersicht der Desorptionsraten für trockene Luft von Oberflächen verschiedener Materialien ist in Tabelle 1 gegeben. Aufgrund der stetigen Entfernung der anhaftenden Gasteilchen im Laufe des Pumpvorgangs verringern sich die Gasabgaberaten mit zunehmender Auspumpzeit. In der Regel wird bei gutem Kammerzustand und passender Pumpauslegung der Ultrahochvakuumbereich nach einer Auspumpzeit von zehn Stunden erreicht. Ab dann verliert die Desorption der Gase von den Oberflächen im Vergleich zur Diffusion von Gasen aus den Materialien an Bedeutung und ist für die Auspumpzeit nicht mehr relevant.

Verglichen mit Kunststoffen sind die Gasabgaberaten von Metallen sehr viel niedriger. Ausgenommen davon sind zum Beispiel Kupferlegierungen: sie weisen ebenfalls hohe Gasabgaberaten auf. Kunststoffe und Metalle mit höheren Desorptionsraten werden in Dichtungen, als O-Ringe aus Elastomeren bis in den Hochvakuumbereich oder als Metalldichtungen im Ultrahochvakuumbereich verwendet.

Die Gasabgaberate von Elastomeren kann durch unterschiedliche chemische Zusammensetzungen reduziert werden. Fluorkautschukverbindungen weisen beispielsweise eine um eine Größenordnung niedrigere Desorptionsrate als Nitrilkautschukverbindungen auf.

Tabelle 1: Übersicht der Desorptionsraten für trockene Luft von Oberflächen verschiedener Materialien