Ne vždycky je v běžném životě zřejmé, že výrobky, které používáme, prošly během výroby i vakuovým procesem. Zvykli jsme si snadno na vakuově balené potraviny, u kterých je to často zřejmé z nápisu na obalech nebo z tvaru obalu. Ale vakuové technologie se skrývají v řadě dalších výrobků, kde si to hned bez znalosti procesu výroby ani neuvědomujeme.
V běžném životě jsme obklopeni elektronikou chytré telefony, osobní počítače, displeje monitorů, televizní obrazovky, ať již ty staré, rozměrné, nebo nové ploché. Srdcem elektronických zařízení jsou integrované obvody, při jejichž výrobě podstatná část operací probíhá ve vakuu.
Nikoho již dnes nepřekvapí antireflexní vrstvy na čočkách našich brýlí, lesklé armatury v našich koupelnách, krásně barevná skleněná bižuterie, antireflexní čočky fotoaparátů, dotykové displeje. Všude jsou funkční tenké vrstvy, převážně vyráběné ve vakuových aparaturách. Dalším příkladem vakuově vytvářených tenkých vrstev jsou např. i reflektory našich automobilů
Těsnost naší klimatizace v autě nebo naší ledničky doma je samozřejmostí. Málokdo si ale uvědomí, že tato těsnost je ve velkém měřítku testována pomocí vakuových technologií. A testy musí být spolehlivé, pokud možno nezávislé na lidském faktoru. Odpovídající vakuové aparatury musí být spolehlivé, sestávající ze spolehlivých vakuových prvků jako vývěv nebo měřidel tlaku.
S vakuem si musí poradit kosmonautika a vše, co s ní souvisí. Komunikační družice, satelitní vysílače systému GPS bereme jako samozřejmost a ani si neuvědomujeme, že pracují v prostoru, kde je více méně perfektní vakuum.
Získávání (chcete-li výroba) vakua, jeho měření, výběr vhodných materiálů. To vše je součást technické discipliny vakuové techniky. Vakuová technika samozřejmě vychází ze znalostí fyziky, v tomto případě vakuové fyziky.
Vakuum měříme v jednotkách Pascal, ale historicky je dáno, že se v technické praxi užívají i jiné jednotky (milibar, Torr apod.) Zředění plynů ve vakuové aparatuře je ohromné, např. při výrobě tenkých funkčních vrstev může být miliardkrát oproti běžnému vzduchu, který dýcháme.
Vakuová technika je technická disciplina jako každá jiná. Náročná, ale má svá pravidla a zákony. Závěrem lze říci, že vakuové technologie nás provázejí v každodenní činnosti a jejich použití se neustále rozšiřuje.
Vakuum nad zemským povrchem i ve vesmíru
Podle ČSN 10 7001, Názvosloví ve vakuové technice, platné k roku 2017, je vakuum definováno jako:
Stav plynného prostředí, jehož absolutní tlak je menší než tlak atmosférický.
Jako vakuová technika je označována technika získávání, udržování a měření vakua.
K získávání vakua jsou používány různé typy vývěv, k měření vakua vakuometry, a protože jsme obklopeni naší atmosférou, je třeba k udržování vakua použít vakuové systémy, tedy prostor vymezený stěnami, realizované jako vakuové aparatury.
Tlak v oboru vakua měříme v Pascalech (Pa) podobně jako tlak vůbec (v soustavě jednotek SI), při čemž atmosférický tlak má hodnotu cca 100 kPa (0,1 MPa) a všechny tlaky v oboru vakua jsou nižší než tento atmosférický tlak (hovoříme o absolutním tlaku). Pro zředěný plyn platí s velkou přesností vztahy pro tzv. ideální plyn, tedy plyn, v němž je možno zanedbat vzájemné působení molekul.
p = n k T
kde n je koncentrace molekul a T je absolutní teplota plynu (ve stupních Kelvina, K). Znamená to, že klesne-li koncentrace molekul na nulu, bude i tlak nulový. To je stav v pozemských podmínkách prakticky nedosažitelný, protože i při obtížně realizovatelném vakuu cca 10-10 Pa je koncentrace molekul stále ještě cca 104 / cm3.
Vedle jednotek Pa lze u jednotlivých výrobců vakuových komponent nalézt často jednotku tlaku mbar (= hPa) nebo u některých výrobců dokonce Torr (mm Hg).
V některých oblastech výzkumu se hovoří i o tlacích nižších než 10-10 Pa, označovaných jako extrémně vysoké vakuum (XHV).
Pro aplikace a technologické procesy ve vakuu je důležitá střední volná dráha molekul plynu při daném tlaku. Je nepřímo úměrná tlaku a je to střední aritmetická hodnota drah, kterou vykoná molekula mezi dvěma po sobě následujícími srážkami s ostatními molekulami. Např. při tlaku 10-6 hPa a hustotě plynu 1010 molekul/cm3 je střední volná dráha cca 100 m.
V takovém prostředí můžeme např. napařovat tenké vrstvy materiálu, aniž by hrozilo, že na dráze od zdroje napařování na podložku (substrát) bude napařovaný materiál interagovat se zbytkovým plynem. To je důležité pro kvalitu napařované vrstvy, např. antireflexního pokrytí brýlových skel.
K získávání vakua používáme vývěvy. Transportní vývěvy odsávají plyn a na výstupu vypouštějí do atmosféry nebo plyn přebírá další vývěva. Vývěvy s vazbou plynu uchovávají plyn v sobě. Po určitém nasycení je nutno vývěvu regenerovat.
Primární vývěvy obvykle slouží k prvnímu odčerpání vakuového systému z atmosférického tlaku nebo pracují v sérii s další vývěvou, např. vysokovakuovou. Pro vývěvy je charakteristická čerpací rychlost, udávaná v m3/s (v technické praxi v m3/h nebo v l/s). Další důležitou charakteristikou je mezní tlak, kterého lze s vývěvou dosáhnout.
Výběr materiálu a technologie výroby vakuového systému (vakuové komory) je dán řadou podmínek. Důležitá je těsnost komory a dalších komponent a v neposlední řadě uvolňování plynu (např. desorpcí) z povrchu materiálu. Hodnotou desorpce plynů je např. dáno, zda lze v dané komoře dosáhnout vysokého nebo dokonce ultravysokého vakua.
Vakuum měříme pomocí vakuometrů, které pracují na různých principech. Použitý princip závisí na oboru vakua, ve kterém chceme měřit. Vedle hodnot tlaku (při velkém zředění bychom měli hovořit spíše o koncentraci molekul) využíváme i stanovení složení plynů ve vakuovém systému. Většinou platí, že složení tzv. zbytkového plynu v komoře se výrazně liší od složení atmosférického vzduchu, který původně v systému byl. Náročnost použitých měřicích principů vede k tomu, že měření tlaku zředěného plynu je často výrazně méně přesné než měření obvyklých veličin, např. délky nebo hmotnosti.
Samostatnou kapitolou vakuové techniky je měření těsnosti. Oproti běžné představě lze konstatovat, že žádná komora nebo uzavřený prostor není těsný, vždy je tam určitá míra netěsnosti. Měření těsnosti již souvisí např. s metodami NDT (nedestruktivní testování).
Závěrem lze říci, že vakuová technika je komplexní inženýrská disciplina, zasahující do řady oborů strojírenství, materiálového inženýrství, elektrotechniky a elektroniky. Tomu také odpovídá řada aplikací.
Ideální vakuové řešení za nejlepší cenu je z pohledu zákazníka téměř vždy prioritou. To ale představuje nebezpečí, že z cenových důvodů je vybráno méně optimální řešení, což nakonec může mít za následek kratší dobu bezporuchového provozu a vyšší náklady na údržbu. Výběr spolehlivých vakuových vývěv a odpovídajícího příslušenství, stejně jako vhodné způsoby monitorování a provozování se vyplatí v dlouhodobém horizontu.
V následujícím textu naleznete souhrn důležitých informací a poznatků týkajících se provozu, výběru příslušenství a údržby běžně používaných vakuových vývěv. V tomto vydání a v následujících tipech Vám ukážeme nejčastější chyby při používání rotačních olejových vývěv, Rootsových vývěv a turbovývěv a opatření, jak se jim vyhnout.
Výslovně uvádíme, že doprovodné obrázky jsou pouze ilustrační a nelze z nich vyvozovat žádné závěry ohledně spolehlivosti ukázaných výrobků.
Rootsova vývěva pracuje na čistě objemovém principu a nevykazuje oproti rotační olejové vývěvě žádnou vnitřní kompresi. Komprimuje proti výstupnímu tlaku. Všechny části ve styku s čerpaným mediem jsou v protikladu s rotační olejovou vývěvou prosty oleje a hovoříme v případě Rootsovy vývěvy o vývěvě suché. Vyznačuje se kompaktní konstrukcí a vysokou čerpací rychlostí. Podle svých vynálezců se nazývá vývěva Rootsova.
Jsme tady pro Vás, zeptejte se.
cs
en