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#Neues aus der Industrie
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ALLECTRA-HINWEISE FÜR DIE HOCHVAKUUM- UND UHV-PRAXIS
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Um die Herausforderungen zu verstehen, die mit dem Erreichen und der Arbeit im Hochvakuum (HV) und Ultrahochvakuum (UHV) verbunden sind, müssen Sie die Unterschiede (auf molekularer Ebene) zwischen den verschiedenen Vakuumstufen untersuchen.
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Der Druckbereich von UHV liegt zwischen 10-7 mbar und 10-12 mbar (10-5 Pa bis 10-10 Pa) und HV zwischen 10-7 mbar und 10-3 mbar (10-5 Pa bis 10-1Pa). UHV wird mit Hochenergiephysik und Kernforschung in Verbindung gebracht, wie z. B. am CERN, während HV hauptsächlich für industrielle und Forschungsanwendungen verwendet wird.
Die etablierten Normen, Regeln und Protokolle, die die Vakuumfaktoren und -angelegenheiten definieren und regeln - von der Art und Weise, wie diese Vakuumniveaus erreicht werden, über die Pumpenanordnung, die Sicherheitsvorkehrungen und die Messmethoden bis hin zur Lecksuche - müssen alle gründlich überprüft und häufig neu entwickelt werden.
Wir haben einige Anmerkungen zur heutigen Hochvakuum- und UHV-Praxis zusammengestellt:
Vakuumniveaus
Grobvakuum
Von Atmosphärendruck bis 1 mbar (105 Pa bis 100 Pa)
Mittleres Vakuum
1 mbar bis 10-3 mbar (100 Pa bis 0,1 Pa)
Dieser Druckbereich kann nur durch den Einsatz von Vorvakuumpumpen erreicht werden.
Hochvakuum
Von 10-3 mbar bis 10-7 mbar (0,1 Pa bis 10-5 Pa)
Zusätzliches Pumpen ist erforderlich, z. B. mit einer Diffusionspumpe, Turbopumpe oder Kryopumpe.
Ultrahochvakuum (UHV)
Weniger als 10-7 mbar (weniger als 10-5 Pa)
UHV erfordert spezielle Pumpen und ein Ausheizen des Systems, um die Ausgasung zu reduzieren.
Ausheizen von Vakuumsystemen
Um sicherzustellen, dass die Oberflächen im Vakuum frei von absorbierten Gasen (insbesondere Wasserdampf) sind, muss das gesamte Vakuumsystem einschließlich aller angeschlossenen Instrumente in einem Ofen ausgeheizt werden. Die typische Ausheiztemperatur für ein Edelstahlsystem, das mit Turbomolekularpumpen gepumpt wird, beträgt 200 ºC.
Bei einer Aluminiumkammer kann diese Temperatur viel niedriger sein, da Aluminium ein guter Wärmeleiter ist, während Edelstahl eine schlechte Wärmeleitung aufweist.
Pumpendrehzahl und Leitwert
Das Saugvermögen und die Leitfähigkeit werden in Litern/Sekunde gemessen. Typische Werte für das Saugvermögen von Turbomolekularpumpen liegen zwischen 100 und 5000 Litern/Sekunde.
Wird eine Pumpe über einen engen Schlauch mit geringem Leitwert angeschlossen, entspricht das erzielte Saugvermögen dem Leitwert des engen Schlauchs, unabhängig von der Größe der Pumpe.
Lecksuche
Es ist sehr wichtig, dass Komponenten und Kammern für den Einsatz im Hochvakuum oder UHV frei von Leckagen sind. Vakuumkomponenten und -kammern werden nach der Herstellung mit einem Lecksuchgerät geprüft.
Der Leckdetektor besteht aus einem Massenspektrometer. Dies ist ein Gerät, das die Anwesenheit bestimmter Moleküle messen kann. Das Gerät ist auf den Nachweis von Heliummolekülen eingestellt. Helium ist ein farbloses, ungiftiges Gas, das durch sehr kleine Öffnungen strömen kann. Es wird aus einer Gasflasche auf die Außenseite eines Vakuumbauteils gespritzt. Der Leckdetektor misst die Durchflussrate des Heliumgases, das an seinem Sensor ankommt.
Die Leckrate wird in Einheiten des Gasvolumens pro Sekunde, mbar-Liter pro Sekunde (mbar-l/s), angegeben.
Allectra-Hochvakuumkomponenten sind für eine Leckrate von weniger als 10-9 mbar-l/s spezifiziert, während UHV-Komponenten besser als 5 x 10-10 mbar-l/s sind.
Enddruck (Basisdruck)
Der Enddruck eines abgepumpten Vakuumbehälters hängt von der Ausgasungsrate (Q) und dem Saugvermögen (P) ab, vorausgesetzt, es gibt keine Lecks. Grunddruck = Q/P
Ausgasungsraten üblicher Materialien:
Ungefähre Ausgasungsraten, die bei der Auswahl von Vakuummaterialien oder der Berechnung von Gasbelastungen zu verwenden sind (alle Raten gelten für eine Stunde Pumpzeit).
Vakuummaterial / Ausgasungsrate (Torr Liter/Sek/linearer cm)
Aluminium / 7 x 10-9
Baustahl / 5 x 10-6
Messing / 4 x 10-6
Keramik mit hoher Dichte / 3 x 10-9
Pyrex / 8 x 10-9
Viton (ungebrannt) / 8 x 10-7
Viton (gebacken) / 4 x 10-8
Rostfreier Stahl / 6 x 10-9
Durch das Backen wird Q bei Metallen in der Regel um den Faktor 100 reduziert und damit auch der Basisdruck um den gleichen Betrag.
Enddruck (Basisdruck)
Der Enddruck eines abgepumpten Vakuumbehälters hängt von der Ausgasungsrate (Q) und dem Saugvermögen (P) ab, vorausgesetzt, es gibt keine Lecks.
Grunddruck = Q/P
Daraus ist ersichtlich, dass Edelstahl, Aluminium und Keramik geeignete Hochvakuum- und UHV-Werkstoffe sind. Viton kann in geringen Mengen ebenfalls verwendet werden. Baustahl und Messing sollten vermieden werden.
Durch das Backen wird Q bei Metallen in der Regel um den Faktor 100 reduziert und damit auch der Basisdruck um den gleichen Betrag.
Flanschsysteme
CONFLAT auch FC oder CF genannt
Der Conflat-Flansch wurde vor etwa 50 Jahren von der Firma Varian erfunden und patentiert. Er besteht aus einem Edelstahlflansch mit Schraubenlöchern und einem messerscharf bearbeiteten Profil. Zwei Flansche werden mit einer Kupferdichtung verschraubt, die zwischen den Messerkanten sitzt. Durch die Kraft, die von den anziehenden Schrauben ausgeübt wird, fließt das Kupfer und dichtet alle Unebenheiten in den Stahlmesserkanten ab. Die Dichtungen sind nicht wiederverwendbar. Die Dichtung besteht vollständig aus Metall (keine Polymerwerkstoffe), ist UHV-dicht und kann bis zu 450 ºC gebacken werden. Der CF-Flansch ist jetzt durch ISO 3669 spezifiziert.
N.B
Flansche werden normalerweise aus Edelstahl der Güteklasse 304 oder 304L hergestellt. Allectra spezifiziert 316L, eine teurere Legierung, die jedoch bessere Schweißeigenschaften aufweist.
Klein-Flansch, KF oder Kwik-Flansch
Ein weit verbreiteter einfacher Flansch, der mit einer Polymerdichtung und einer externen Klemme für Hochvakuumanwendungen verwendet wird.
Verfügbare Größen
DN10KF
DN16KF
DN40KF
ISO-K
Ein Hochvakuumflansch für größere Abmessungen, der mit einer Polymerdichtung und einer externen Schelle verwendet wird.
DN63ISO-K
DN100ISO-K
DN160ISO-K
DN200ISO-K
DN250ISO-K und größere Größen
ISO-F
Ein Hochvakuumflansch für größere Abmessungen, der mit einer Polymerdichtung und Schraubenlöchern verwendet wird.
DN63ISO-F
DN100ISO-F
DN160ISO-F
DN200ISO-F
DN250ISO-F - und größere Größen
Darüber hinaus gibt es viele Sonderformen und Spezialausführungen von Flanschen, einschließlich flacher Flansche, die entweder mit Metall oder mit einer O-Ring-Nut abdichten.
