Ultrahochvakuum-(UHV-)System

Überblick
Carbolite bietet kundenspezifische Lösungen für spezielle Atmosphären und Ultrahochvakuum in Öfen und Wärmeschränken. Die Seite beschreibt die gängigsten Optionen und Ausstattungen für Vakuum-Kammeröfen, Rohröfen und Standard-Kammeröfen, um kontrollierte Schutzgasatmosphären, Reaktivgas-Betrieb, Partialdruckregelung, verschiedene Vakuumpumpen-Technologien und Nachverbrennungssysteme zu ermöglichen.

Häufigste Optionen (Kurz)

• Vollständig kontrollierte Schutzgasatmosphäre in Vakuumkammeröfen
• Reaktivgas-Option (H2, CO, CO2, H2S, H2O, CH4, C2H4 und weitere auf Anfrage)
• Vakuumpumpen-Optionen (Drehschieber, Wälzkolben, Öldiffusions-, Turbomolekularpumpen)
• Partialdruck-Option
• Option der Nachverbrennung (thermisch, katalytisch oder mit aktiver Propangasflamme)
• Schutzgasatmosphäre mit metallischer Retorte in Standard-Kammeröfen
• SiC-Schutzplatten zum Schutz der Heizelemente

1. Vollständig kontrollierte Schutzgasatmosphäre in Vakuumkammeröfen
Die Vakuum-Kammeröfen (z. B. GLO, LHT, HTK, HBO, HTBL, V-L) sind standardmäßig mit Schutzgassteuerung ausrüstbar. Je nach Ofen stehen halbautomatische Steuerungen mit Rotametern oder vollautomatische SPS-Steuerungen mit Touchpanel zur Verfügung. Zusätzlich verfügbare Gasregelungen und eine Palette optionaler Vakuumpumpen (Drehschieber- bzw. Vorpumpen, Wälzkolbenpumpen, Öldiffusionspumpen, Turbomolekularpumpen) sind lieferbar. In manchen Fällen ist eine Vakuumpumpe für den sicheren Betrieb erforderlich.

2. Reaktivgas-Option (H2, CO, CO2, H2S, H2O, CH4, C2H4 und weitere)
Alle Vakuum-Kammeröfen können für den sicheren Betrieb mit Reaktivgasen ausgerüstet werden (z. B. H2, CO, CO2, H2S, H2O, CH4, C2H4). Für den Reaktivgaseinsatz wird der Ofen vollautomatisch betrieben und umfasst typischerweise:

• Komplette Überwachung mit SIEMENS S7-300 Steuerung mit TP1900-Panel oder WinCC
• Installation von Inertgas (z. B. Stickstoff oder Argon) mit MFC (Massenflussregler)
• MFC zur sicheren Regelung des Reaktivgasflusses
• Reaktivgassensoren
• aktive Fackel für sichere vollständige Verbrennung
• Sicherheitsspültank
• Alle sicherheitsrelevanten Teile sind SIL2-zertifiziert

Aus Sicherheitsgründen ist die Gasversorgung und das Verfahren nach EN 746-3 ausgelegt: Ofenkammer muss vor Aufheizen und Einleiten brennbarer Gase frei von Luftsauerstoff sein; alle Sicherheitszustände werden überwacht und im Gefahrfall werden Maßnahmen wie Schutzgasspülung eingeleitet.

3. Vacuumpumpen Optionen
Es werden vier Hauptpumpentechnologien beschrieben, die unterschiedliche Endvakuumgrade ermöglichen. Wichtige Hinweise zur Leistung:

• Turbomolekularpumpe: Mehrstufige, schnell rotierende Rotoren; in Kombination mit Vorpumpe für Hochvakuumbereiche; sauber, frei von Kohlenwasserstoffen.
• Öldiffusionspumpe: erreicht Hochvakuum mit hoher Sauggeschwindigkeit; enthält kein bewegtes Bauteil, kann jedoch Ölmoleküle in den Ofenraum bringen.
• Wälzkolbenpumpe: für Feinvakuum konzipiert; fettfreies Schöpfvolumen; benötigt Vorpumpe.
• Drehschieberpumpe: gebräuchliche Vorvakuumpumpe, einstufig oder zweistufig; mit ölgeschmiertem Schöpfvolumen; erreicht Grobvakuum bis Beginn Feinvakuum.

Die tatsächlichen erreichbaren Endvakuumwerte hängen von Proben, Sauberkeit, Ausgasung, Desorptionsraten und Leckrate des Ofens ab. Carbolite definiert und misst die Leckrate; Dichtungen und Reinigung werden optimiert. Auf Anfrage sind auch spezielle Pumpstände (z. B. fettfreie Pumpstände, Membran-, Kryo- oder Ionengetterpumpen) möglich.

4. Partialdruck Option
Partialdruck bedeutet definierter Gasstrom bei definiertem Vakuumdruck im Ofen. Erfordert Siemens SPS mit Durchflussmesser und einstellbarem Gasauslassventil. Die SPS steuert Gasfluss und Vakuumdruck (regelbar durch pneumatisch betätigten Kugelhahn und Schließen/Öffnen eines pneumatischen Ventils vor der zweistufigen Drehschieberpumpe). Einstellbarer Druckbereich: typischerweise 10 bis 1000 mbar. Andere Pumpen zur Partialdruckregelung sind auf Wunsch möglich.

5. Option der Nachverbrennung (thermisch, katalytisch oder mit aktiver Propangasflamme)
Mehrere Nachverbrennungslösungen werden angeboten; die sicherste Abgasbehandlung für Vakuum-Kammeröfen ist aktive Nachverbrennung mittels Methan- oder Propanflamme. Empfehlung: beheiztes Gasauslassrohr zwischen Ofen und Nachbrenner, um Kondensation von Verbrennungs-/Pyrolysegasen zu vermeiden; dadurch minimierter Wartungsaufwand.

6. Schutzgasatmosphäre mit metallischer Retorte in Standard-Kammeröfen
Für nicht gasdichte Wärmeschränke/Öfen ist die Schutzgasqualität begrenzt. Schutzatmosphäre kann durch Spülen mit Schutzgas über optionalen Gaseinlass erreicht werden, Reduktion des Sauerstoffgehalts ist jedoch begrenzt. Beispiele:

• HTMA-Wärmeschränke (bis 700 °C) ermöglichen Reduktion des Sauerstoffgehalts bis zu 50 ppm (gasdichte, vollnahtgeschweißte Innenkammer, Nadelventile mit Durchflussmesser, Rückschlagventil als Gasauslass).
• Für Standard-Kammeröfen CWF und Großraum-Kammeröfen GPC sind gasdichte metallische Retorten für Betrieb bis 1150 °C unter Atmosphärendruck erhältlich; nach entsprechender Spülzeit ist ein Sauerstoffgehalt von ~30 ppm möglich. Retorte und Ofen müssen gemeinsam bestellt werden (Anpassung erforderlich).

7. SiC-Schutzplatten zum Schutz der Heizelemente
Siliziumkarbid-Schutzplatten werden in Standardöfen eingesetzt, um Heizelemente vor Ausgasungen von Proben zu schützen.

Beispiele
Die Seite zeigt Referenzbeispiele wie HTK-Vakuumkammeröfen mit EN 746-3 / SIL2 Ausstattung für Wasserstoffbetrieb, Wasserstoff-Rohrofen HTRH bis 1800 °C, kundenspezifische GPC-MA Kammeröfen mit Retorte für Entbinderung/Sinterung (AMS 2750G Nadcap) und Röhrenöfen mit optionaler Turbopumpe und Inertgassteuerung.

Caractéristiques / spécifications techniques

• Marke: Carbolite
• Ofentypen: Vakuum-Kammeröfen (z. B. GLO, LHT, HTK, HBO, HTBL, V-L), Rohröfen (HTRH, HZS, AZ), Standard-Kammeröfen (CWF, GPC), Wärmeschränke (HTMA)
• Unterstützte Gase: H2, CO, CO2, H2S, H2O, CH4, C2H4 und weitere auf Anfrage; Inertgase wie N2 oder Ar für Spülung
• Sicherheitsnormen: EN 746-3 Konformität für Gasbetrieb; sicherheitsrelevante Komponenten SIL2
• Vakuumpumpen: Turbomolekularpumpen, Öldiffusionspumpen, Wälzkolbenpumpen, Drehschieberpumpen; Sonderpumpen auf Anfrage (Membran, Kryo, Ionengetter)
• Partialdruckregelung: regelbarer Druckbereich ca. 10–1000 mbar (typisch), SPS-gesteuerte Durchfluss- und Ventilregelung
• Temperaturbereiche (Beispiele): Wärmeschränke HTMA bis 700 °C; Retorten in Standard-Kammeröfen bis 1150 °C; Rohröfen HTRH bis 1800 °C; Vakuumöfen bis höhere Temperaturen abhängig vom Modell
• Optionen: MFC (Massenflussregler), Reaktivgassensoren, aktive Fackel, Sicherheitsspültank, beheizte Gasauslassleitung für Nachverbrennung
• Schutzmaßnahmen: SiC-Schutzplatten für Heizelementschutz, gasdichte metallische Retorten für niedrige O2-Konzentration