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Lexikon der Chemie: Vakuum

Vakuum, der Zustand in einem gaserfüllten Raum bei Drücken unterhalb des Atmosphärendruckes. Mit Hilfe der Zustandsgleichung für ideale Gase kann man die Anzahl der Gasmoleküle im gaserfüllten Raum bei vorgegebenen Werten für Druck, Volumen und Temperatur bestimmen. Bei Normalbedingungen (p = 0,1 MPa, T = 273 K) findet man 2,68·1019 Moleküle je cm3 Gas; bei dem bisher tiefsten erreichten Druck von etwa 1,3· 10-12 Pa noch ungefähr 350 Moleküle je cm3 Gas. Die in der Technik übliche Unterteilung der Druckbereiche zeigt die Tab.

Die Vakuumtechnik umfaßt die Erzeugung von Vakua (Evakuieren) sowie die Messung von Vakua und die Technik der im V. ablaufenden Prozesse. Die Erzeugung niedriger Drücke erfolgt mittels Vakuumpumpen, z. B. Gasballast-, ölgedichtete Rotations- und Diffusionspumpen für Ultrahoch- oder Höchstvakuum, Getter-, Ionen- und Kryopumpen, die Messung mittels Vakuummetern, z. B. Federrohr-, Membran-, Wärmeleitungs-, Ionisations- und Kompressionsvakuummeter.

Vakuum. Tab.: Druckbereiche der Vakuumtechnik und ihre Charakterisierung (Zahlenangaben sind auf Zehnerpotenzen abgerundet und gelten für Zimmertemperatur).

Grobvakuum Feinvakuum Hochvakuum Ultrahoch- oder
Höchstvakuum
Druck in Pascal 105 ... 102 102 ... 10-1 10-1 ... 10-5< 10-5
Teilchenzahl/cm3 1019 ... 1016 1016 ... 1013 1013 ... 109< 109
Mittlere freie
Weglänge in cm
10-5 ... 10-2
kleiner als
Gefäßdimension
10-2 ... 101
kleiner oder gleich
Gefäßdimension
101 ... 105
größer als
Gefäßdimension
> 105
wesentlich größer als
Gefäßdimension

Die Anwendung von Grob- und Feinvakua in der Chemie erstreckt sich auf Vakuumdestillation, -calcinieren, -schmelzen, -sublimation, -imprägnierung, -filtration, -trocknung, -kristallisation und -kühlung. Hochvakua werden besonders angewendet bei der Fertigung von elektronischen Bauelementen, z. B. bei der Herstellung von Rundfunk-, Sende-, Fernseh-, Kathodenstrahl-, Gasentladungs-, Gleichrichterröhren, Zählröhren, ferner von Photozellen und Sekundärelektronenvervielfachern. Weitere Anwendung findet die Hochvakuumtechnik in der Glühlampenherstellung sowie in der Vakuumverdampfung und -aufdampfung, z. B. bei der Herstellung von Spiegeln für Teleskope, Scheinwerfer, Projektoren durch Aufdampfen von Aluminium, bei der Verdampfung von Quarz als Schutzüberzug auf Glas oder als dünne Isolierschicht, bei der Herstellung von Gläsern mit erhöhter Lichtdurchlässigkeit durch Aufdampfen von Fluor oder anderen Stoffen mit niedrigem Brechungsindex, bei der Herstellung von Interferenzfiltern, dünnen Schichten auf Metallen, Kunststoffen und Textilien. Die Reduktion und Destillation zur Herstellung oder Reinigung seltener Metalle erfolgt im Hochvakuum, ebenfalls das Sintern von Metallen und Metallcarbiden sowie die Veredelung von Metallhalbzeugen durch Glühen. Das Erschmelzen von Titanium, Molybdän, Zirconium, Edelstählen und Sonderwerkstoffen erfolgt in Vakuum-Lichtbogenöfen. Hochvakua werden ferner zum Betrieb von Massenspektrometern, Massenspektrographen, Vakuumspektrometern, Vakuumspektrographen, Elektronenmikroskopen, Teilchenbeschleunigern, Hochspannungsanlagen sowie Kernumwandlungsapparaturen benötigt.

  • Die Autoren
Dr. Andrea Acker, Leipzig
Prof. Dr. Heinrich Bremer, Berlin
Prof. Dr. Walter Dannecker, Hamburg
Prof. Dr. Hans-Günther Däßler, Freital
Dr. Claus-Stefan Dreier, Hamburg
Dr. Ulrich H. Engelhardt, Braunschweig
Dr. Andreas Fath, Heidelberg
Dr. Lutz-Karsten Finze, Großenhain-Weßnitz
Dr. Rudolf Friedemann, Halle
Dr. Sandra Grande, Heidelberg
Prof. Dr. Carola Griehl, Halle
Prof. Dr. Gerhard Gritzner, Linz
Prof. Dr. Helmut Hartung, Halle
Prof. Dr. Peter Hellmold, Halle
Prof. Dr. Günter Hoffmann, Eberswalde
Prof. Dr. Hans-Dieter Jakubke, Leipzig
Prof. Dr. Thomas M. Klapötke, München
Prof. Dr. Hans-Peter Kleber, Leipzig
Prof. Dr. Reinhard Kramolowsky, Hamburg
Dr. Wolf Eberhard Kraus, Dresden
Dr. Günter Kraus, Halle
Prof. Dr. Ulrich Liebscher, Dresden
Dr. Wolfgang Liebscher, Berlin
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Prof. Dr. Peter Nuhn, Halle
Dr. Hartmut Ploss, Hamburg
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Prof. Dr. Harald Schmidt, Linz
Dr. Helmut Schmiers, Freiberg
Prof. Dr. Klaus Schulze, Leipzig
Prof. Dr. Rüdiger Stolz, Jena
Prof. Dr. Rudolf Taube, Merseburg
Dr. Ralf Trapp, Wassenaar, NL
Dr. Martina Venschott, Hannover
Prof. Dr. Rainer Vulpius, Freiberg
Prof. Dr. Günther Wagner, Leipzig
Prof. Dr. Manfred Weißenfels, Dresden
Dr. Klaus-Peter Wendlandt, Merseburg
Prof. Dr. Otto Wienhaus, Tharandt

Fachkoordination:
Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher

Redaktion:
Sabine Bartels, Ruth Karcher, Sonja Nagel


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