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Was trägt zur Gaslast eines Systems bei?

Die Gaslast eines Systems hängt von mehreren Faktoren ab. Bei einem Druck von weniger als ca. 0,1 mbar ist oft die „Ausgasung“ vorherrschend. Die Ausgasung ist das Ergebnis der Desorption zuvor adsorbierter Moleküle, der Massendiffusion, der Permeation und der Verdampfung. Die Adsorption erfolgt über zwei Hauptprozesse: Physisorption und Chemisorption. Sie kann anhand von fünf (oder sechs) klassifizierenden Isothermen beschrieben werden.

Woher stammen Beiträge zur Gaslast?

Die Netto-Ausgasung des Systems lässt sich unter Berücksichtigung der Desorptionsrate, des Saugvermögens und der erneuten Adsorption an Oberflächen berechnen.

Wie auf Abbildung 1 zu sehen ist, können Beiträge zur Gaslast eines Systems aus folgenden Gründen entstehen:

  1. Anfängliches oder „massenhaftes“ Gas im System
  2. Prozesslast
  3. Rückströme
  4. Leckagen
  5. Ausgasung

Bei einem leckdichten Hochvakuumsystem (HV) ohne Prozesslast kann die Ausgasung bis zu 100 % der Gaslast ausmachen.

Turbo molecular pumper system diagram

Abbildung 1: Gaslasten in einem Vakuumsystem

  1. Prozesslast
  2. Ausgasung
  3. Leckagen
  4. Rückströme
  5. Anfängliches Gas

Der relative Beitrag der verschiedenen Arten zur Gaslast variiert mit dem Druck. Bei vielen HV-Anwendungen ist Wasserdampf das Hauptproblem in Bezug auf die Ausgasung. Um jedoch in allen Metallsystemen UHV zu erreichen, ist die H2-Ausgasung von entscheidender Bedeutung.

In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten typischen Gaslasten bei verschiedenen Drücken aufgeführt.

Druck (mbar)

Wichtigste Gaslast

Atmosphäre

Luft (N2, O2, H2O, Ar, CO2)

10-3

Wasserdampf (75–95 %), N2, O2

10-6

H2O, CO, CO2, N2

10-9

CO, H2, CO2, H2O

10-10

H2, CO

10-11

H2, CO

4 Hauptmechanismen, die zur Ausgasung beitragen

  1. Verdampfung des eigentlichen Oberflächenmaterials selbst (bei Metallen kann dies bei typischen Betriebstemperaturen vernachlässigt werden)
  2. Desorption – dies ist der umgekehrte Prozess der Adsorption; die Freisetzung von Molekülen, die an den Oberflächen der Kammer und internen Vorrichtungen gebunden sind
  3. Diffusion – dies ist die Bewegung von Molekülen von der inneren Struktur des Materials zur Oberfläche
  4. Permeation – dies ist die Bewegung von Molekülen von der äußeren Atmosphäre durch die Masse zur Vakuumoberfläche

Das Ausmaß, in dem jeder dieser Faktoren zur Ausgasung beiträgt, hängt sowohl von der Zusammensetzung des Gases als auch der des Oberflächenmaterials (und dessen Vorgeschichte) ab. Ausgasungsraten sind eine Summe dieser Beiträge.

Klicken Sie unten, um mehr über die Ausgasung zu erfahren.