Vakuumöfen und Wärmebehandlung im Vakuum
Erhitzt man Metall an Luft, oxidiert und entkohlt die Oberfläche. Ein Vakuumofen entfernt zuerst die Luft – die Teile kommen blank und sauber heraus, und Verfahren wie Vakuumlöten und Sintern gelingen ohne Flussmittel oder Schutzgas.
Verfahren
Typische Verfahren der Wärmebehandlung im Vakuum:
- Härten und Anlassen von Werkzeugstählen, gefolgt von Hochdruck-Gasabschreckung mit Stickstoff oder Helium.
- Vakuumlöten, etwa von Aluminium-Wärmetauschern oder Edelstahlbaugruppen, ohne Flussmittel.
- Sintern von Metallpulvern und Metallpulverspritzguss-Teilen (MIM).
- Glühen, Spannungsarmglühen und Entgasen von Titan, Superlegierungen und Implantaten.
Betrieb mit Partialdruck
Manche Legierungselemente wie Chrom oder Mangan würden im Hochvakuum bei hoher Temperatur verdampfen. Öfen laufen daher oft mit einem geregelten Partialdruck aus Argon oder Stickstoff, typisch zwischen etwa 0,1 und einigen mbar, statt beim tiefstmöglichen Druck.
Leckrate (Druckanstieg)
Die Dichtheit eines Ofens prüft man mit dem Druckanstiegstest: Die Kammer wird abgesperrt und der Druckanstieg pro Stunde gemessen. Druckanstieg mal Kammervolumen ergibt die Leckrate – unser Leckrate-Umrechner berechnet sie direkt.
Typische Drücke
| Prozessschritt | Druck |
|---|---|
| Härten, Glühen (typisch) | ≈ 10⁻² – 10⁻³ mbar |
| Löten, Titan, hochreine Prozesse | ≈ 10⁻⁴ – 10⁻⁶ mbar |
| Partialdruck (Ar, N₂) | ≈ 0,1 – einige mbar |
| Hochdruck-Gasabschreckung | Bis etwa 20 bar Überdruck |
Geeignete Vakuumpumpen
Quellen & weiterführende Literatur
- K. Jousten (ed.). Handbook of Vacuum Technology, 2nd ed.. Wiley-VCH (2016). Standardwerk zu Gasströmung, Leitwerten, Pumpen und Messtechnik.
- J. F. O’Hanlon & T. A. Gessert. A User’s Guide to Vacuum Technology, 4th ed.. Wiley (2023). Praktische Auslegung von Vakuumsystemen, Abpumpen und Ausgasen.
- ISO/TC 135. ISO 20484:2017 Non-destructive testing — Leak testing — Vocabulary. International Organization for Standardization (2017). Normbegriffe und Einheiten für Leckraten.
Häufige Fragen
Warum Wärmebehandlung im Vakuumofen?
Ohne Sauerstoff oxidiert und entkohlt die Oberfläche nicht, die Teile kommen blank heraus und müssen nicht gereinigt werden. Zudem ermöglicht das Vakuum flussmittelfreies Löten und entfernt gelöste Gase aus dem Metall.
Welche Pumpen hat ein Vakuumofen?
Eine Vorpumpe (Drehschieber- oder trockene Schraubenpumpe), meist eine Wälzkolbenpumpe für hohes Saugvermögen im Feinvakuum und bei Hochvakuumöfen eine Diffusionspumpe. Turbomolekularpumpen kommen bei kleineren oder besonders sauberen Anlagen zum Einsatz.
Was ist die Leckrate eines Vakuumofens?
Der Druckanstieg pro Stunde nach dem Absperren der Pumpen, oft in µm/h (Mikron pro Stunde) angegeben. Mal Kammervolumen ergibt das die gesamte Gaslast aus Lecks und Ausgasen.
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