UHV-Ausgasversuch

Abstract: Der Ausgasversuch ist UHV-Anlage (max. 10-8 mbar) mit Probenheizung zur Ermittlung des Ausgasverhaltens verschiedener Materialien mittels Massenspektrometrie.  

Suchbegriffe: Vakuumtechnik, Ausgasverhalten, Vakuumtauglichkeit    

Beschreibung: Im BFT werden aufgrund der Vielzahl an Aufgaben verschiedenste Materialien in Vakuumanlagen eingesetzt. Hierbei sind die Eigenschaften und das Verhalten dieser Werkstoffe im Vakuum nur teilweise bekannt. Es sollte eine Anlage entwickelt werden die eine methodische Untersuchung, insbesondere des Ausgasverhaltens von Werkstoffen im UHV und bei Temperaturen von bis zu 300°C, die für das Ausheizen typisch sind, ermöglicht.  
Unter Berücksichtigung des aktuellen Standes der Technik für Vakuumanlagen wurde ein kompakter Versuchsstand entwickelt, der eine Restgasanalyse von beheizten UHV-Materialproben mittels Massenspektrometrie bis zu einer Massenzahl von 200 realisiert. Herzstück der Anlage bildet ein ausheizbarer Kugelrezipient. An diesen sind Massenspektrometer, Heizer, Schauglas, Schnellverschlusstür und VAT-Schieber zur Turbomolekularpumpe angeflanscht. Der Enddruck von 2x10-8 mbar wird durch ein zweistufiges Pumpenregime, bestehend aus trockenverdichtender Membranpumpe und Turbomolekularpumpe erreicht. Um die empfindliche Messelektronik des Massenspektrometers zu schützen, wurde eine mechanische Entkopplung der Membranpumpe von der restlichen Anlage realisiert.

Proben mit einer maximalen Größe von 55x55x55 mm werden durch eine CF-Schnellverschlusstür eingeschleust. Die visuelle Kontrolle des Probenwechsels erleichtert ein frontseitiges CF160-Schauglas. Zum Probenwechsel lässt sich der Kugelrezipient mit Schutzgas fluten. Um das Ausgasverhalten von Werkstoffen unter Temperatureinfluss zu untersuchen, wurde ein UHV-tauglicher Heizer konstruiert. Es handelt sich dabei um einen keramischen Plattenheizer mit einer Leistung von 200 W, einer Dauertemperatur von 550 °C und integriertem Thermoelement. Für Ausgasversuche lässt sich eine Solltemperatur von bis zu 450°C vorgeben. Ein im Schaltschrank der Anlage integrierter PID Regler sorgt für überschwingfreies Erreichen und anschließendes konstant Halten der Temperatur im Bereich von +/- 2 K. Dazu wurde der Regler von der Abteilung Elektrotechnik speziell an die im Vakuum herrschenden thermodynamischen Bedingungen angepasst.

Die Restgasanalyse wird mittels Quadrupol Massenspektrometer mit einem Messbereich von 0 bis 200 amu durchgeführt. Auf einem an das Massenspektrometer angeschlossenen Auswerterechner mit entsprechender Software lassen sich die Ergebnisse der Restgasanalyse grafisch darstellen und analysieren.