DE3875340T2 - Vakuum-apparat. - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Vakuumapparat, insbesondere einen Vakuumpumpenapparat zur Erzeugung eines Hochvakuums, und Bauteile dieses Vakuumapparats, die im Betrieb einem Vakuum, insbesondere einem Hochvakuum, ausgesetzt sind. Mit dem hier verwendeten Begriff "Hochvakuum" ist ein Absolutdruck von 1,332 · 10&supmin;&sup4; mbar (1 · 10&supmin;&sup4; Torr) oder weniger zu verstehen.
- Zu den Vakuumpumpen, die zur Erzeugung solcher Drücke geeignet sind, gehören Diffusions- und Turbomolekularpumpen. Eines der Probleme bei der Herstellung einer solchen Pumpe und eines eine solche Pumpe aufweisenden Vakuumpumpenapparats ist die Auswahl der Materialien, aus welchen die Bauteile der Pumpe und des Apparats herzustellen sind. Viele Materialien, die man anderenfalls gerne in den Bauteilen verwenden würde, entgasen in einem Hochvakuum in solchem Maße, daß sie das Erreichen des gewünschten Evakuierungsgrades in der zu evakuierenden Kammer verhindern. Dementsprechend werden die im Betrieb einem Hochvakuum ausgesetzten Bauteile typischerweise aus Metallen, wie rostfreiem Stahl, und Aluminium hergestellt, und insbesondere Bauteile aus Kunststoff werden, wenn überhaupt, kaum in einem Hochvakuum eingesetzt, und deshalb werden Vorteile wie eine Verminderung der Kosten und des Gewichts des Vakuumapparats, die typischerweise mit der Verwendung von Kunststoff verbunden sind, nicht erreicht.
- Wir haben nun überraschenderweise entdeckt, daß Kunststoffe mit Flüssigkristall-Polymeren wesentlich weniger entgasen als andere von uns getestete Kunststoffe, und zwar in einem Ausmaß, welches ihren Einsatz bei Hochvakuum in einem Vakuumapparat ermöglicht.
- Die vorliegende Erfindung schafft das Konzept für die Verwendung eines Kunststoffes mit Flüssigkristall-Polymeren als Bauteil, welches im Einsatz einem Hochvakuum von 1,332 · 10&supmin;&sup4; mbar (10&supmin;&sup4; Torr) oder weniger ausgesetzt ist.
- Dieses aus Kunststoff bestehende Bauteil kann eine dem Hochvakuum ausgesetzte Oberfläche von mindestens 20 cm²haben.
- In dem Kunststoff können typischerweise faserige oder andere Verstärkungen eingebettet sein. Die Fasern können beispielsweise aus Mineralien wie Glas oder Kohlenstoff bestehen. Die Verwendung solcher Verstärkungen kann jedoch das Maß des Entgasens des Kunststoffs unter Hochvakuum erhöhen, aber im allgemeinen nicht so weit, daß der Kunststoff zur Verwendung in einem Apparat zur Erzeugung eines Hochvakuums ungeeignet würde.
- Das besagte Bauteil wird typischerweise durch Spritzguß oder Extrudieren hergestellt. Vorzugsweise ist das Flüssigkristall-Polymer ein aromatischer Polyester oder aromatischer Copolyester, und jedes im Handel erhältliche Flüssigkristall- Polymer, das beispielsweise durch Spritzguß in Komponenten mit hoher Biegefestigkeit (beispielsweise größer als 75 MPa) formbar ist, kann bei der Erfindung Verwendung finden.
- Solche im Handel erhältliche Flüssigkristall-Polymere sind typischerweise aromatische Copolyester.
- Ein Sortiment von geeigneten Flüssigkristall-Polymeren ist unter dem Warenzeichen VECTRA von Celanese Limited erhältlich. Jedes dieser Flüssigkristall-Polymere in diesem Sortiment ist vermutlich ein aromatischer Copolyester, der aus Phenyl und durch Esterverbindungen an den 1,4- bzw. 1,6-Positionen verbundenen Naphtyhlringen besteht. Sie können ohne Veränderung auf allen konventionellen Maschinen verarbeitet werden. Die Schmelztemperaturen für Spritzguß und Extrusion liegen typischerweise im Bereich von 285ºC, wobei die Spritz- Schmelztemperaturen gewöhnlich um 100ºC gehalten werden.
- Aus solchen Flüssigkristall-Polymeren bestehende Bauteile können leicht aggressive Umgebungen aushalten und können beispielsweise in Kryopump-Apparaten sogar dann eingesetzt werden, wenn sie Tiefsttemperaturen im Bereich von -100ºC bis -196ºC ausgesetzt sind, oder in Diffusionspump-Apparaten sogar dann, wenn sie Temperaturen von 100ºC ausgesetzt sind.
- Andere in den Bauteilen der Erfindung verwendbare Flüssigkristall-Polymere sind unter dem Warenzeichen XYDAR RC - 210 von Dartco Technology Center, Augusta, Georgia erhältlich.
- Weitere geeignete Flüssigkristall-Polymere sind beispielsweise in der US-Patentschrift 4 614 629 beschrieben, die insbesondere aromatische Flüssigkristall-Copolyester nennt, wie beispielsweise Copolymere aus Polyäthylenesterphthalaten mit Poly-p-Hydrobenzoesäure.
- Vakuumapparate mit Bauteilen nach der Erfindung können beispielsweise bei Vakuumkammern eingesetzt werden, in denen eine Vakuumverdampfung oder eine Kathodenzerstäubung stattfinden. Bei einem Vakuum-Sedimentations-Apparat kann beispielsweise eine Grundplatte aus Kunststoff mit Flüssigkristall-Polymeren hergestellt sein.
- Bauteile nach der Erfindung können in einer Vakuum-Drehschieberpumpe, einer Vakuum-Diffusionspumpe, einer Trockenvakuumpumpe oder einer Vakuum-Turbomolekularpumpe eingebaut sein. Sie können insbesondere zur Herstellung der Stirnplatten einiger solcher Pumpen, sonstiger Bauteile solcher Pumpen mit einer maximalen Wanddicke von 9 mm oder weniger, von Rohrleitungen, Rohrverzweigungen, Verbindungen, Adaptern oder Ventilbauteilen eingesetzt werden. Das Gehäuse einer Turbomolekularpumpe kann ebenfalls unter Verwendung eines Kunststoff mit Flüssigkristall-Polymeren nach der Erfindung hergestellt sein.
- Die einzige Zeichnung (nicht maßstäblich) zeigt einen Teil eines Vakuum-Sedimentations-Apparates mit einer Grundplatte bestehend aus Kunststoff mit Flüssigkristall-Polymeren.
- Die Zeichnung zeigt eine Vakuumsedimentationskammer vollständig herkömmlicher Bauart mit Ausnahme des Materials, aus welchem ihre Grundplatte hergestellt ist. Der Apparat weist eine ringförmige Grundplatte auf, welche aus Kunststoff mit Flüssigkristall-Polymeren besteht. Die Oberfläche der Grundplatte 2 greift vakuumdicht in eine Glocke 4 ein. Zusätzlich weist der Apparat einen Aufbau aus Elektroden und einer Beschichtungsmaterialquelle auf, der mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet ist, und einen Werkstückhalter-Ring 8 für ein zu beschichtendes Werkstück. Die Grundplatte 2 weist eine Mehrzahl von Bohrungen 12 oder anderen Öffnungen auf, durch welche elektrische Leitungen und dgl. geführt werden können. Die Grundplatte 2 bildet eine kreisförmige Öffnung 10, durch welche der Apparat evakuierbar ist, und zwar unter Verwendung einer konventionellen Vakuumpumpe bis zu einem Druck von 1,332 · 10&supmin;&sup4; mbar (1 · 10&supmin;&sup6; Torr) oder weniger. Die Außenkante der Grundplatte bildet typischerweise einen Kreis, dessen Durchmesser im Bereich von 30 cm liegt, während die Öffnung 10 einen Durchmesser im Bereich von 10 cm hat. Dementsprechend ist im Gebrauch eine relativ große Oberfläche der Grundplatte dem Vakuum ausgesetzt. Daher ist es wichtig, daß die Grundplatte gute Entgasungs-Eigenschaften hat.
- Die hervorragenden Entgasungs-Eigenschaften des Kunststoff mit Flüssigkristall-Polymeren (im Vergleich mit anderen Kunststoffen) sind in Beispielen der untenstehenden Tafel gezeigt. Tafel Bsp. Nr. Test-Material Entgasungsgrad 1. Evakuierung nach 4 h 2. Evakuierung nach 1 h 4 h VECTRA A230 ("C-gefüllt braun") VECTRA A420 ("glasgefüllt braun") VECTRA A130 ("glasgefüllt weiß") PEBAX MX PEBAX SNOO FORAFLON (ETFE) Rostfreier Stahl, aluminiumbeschichtet Rostfreier Stahl
- Die Ergebnisse zeigen die Überlegenheit der drei Beispiele (1 bis 3) nach der Erfindung gegenüber den anderen getesteten Kunststoffen (Beispiele 4 bis 11). Das Material nach Beispiel 1 ist auch dem rostfreien Stahl und dem aluminiumbeschichteten rostfreien Stahl der Beispiele 16 und 17 überlegen.
Claims (10)
1. Verwendung eines Kunststoff-Materials mit Flüssigkristall-
Polymeren als Bauteil, welches im Gebrauch einem Hochvakuum
von 1,332 · 10&supmin;&sup4; mbar (10&supmin;&sup4; Torr) oder weniger ausgesetzt
ist.
2. Verwendung eines Kunststoff-Materials nach Anspruch 1,
wobei das Flüssigkristall-Polymer ein aromatischer Polyester
oder aromatischer Copolyester ist.
3. Verwendung eines Kunststoff-Materials nach Anspruch 2,
wobei der aromatische Copolyester Phenyl und Naphthylringe
aufweist, welche durch Esterverbindungen an den 1,4- bzw. 1,6-
Positionen angelagert sind.
4. Verwendung eines Kunststoff-Materials nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei das Bauteil eine Oberfläche von
mindestens 20 cm² besitzt, welche dem Hochvakuum ausgesetzt
ist.
5. Verwendung eines Kunststoff-Materials nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei das Bauteil ein Teil einer
Vakuumpumpe ist.
6. Verwendung eines Kunststoff-Materials nach Anspruch 5,
wobei das Vakuumpumpen-Bauteil eines oder mehrere der Teile
Stirnplatte, Rohrleitungen, Verbindungen, Adapter,
Rohrverzweigungen oder Ventile der Pumpe ist.
7. Verwendung eines Kunststoff-Materials nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bauteil eine Grundplatte einer
Vakuumsedimentationskammer ist.
8. Verwendung eines Kunststoff-Materials nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei in das Bauteil ein
Verstärkungsmaterial eingebettet ist.
9. Verwendung eines Kunststoff-Materials nach Anspruch 8,
wobei das Verstärkungsmaterial aus Mineral- oder
Kohlenstoffasers besteht.
10. Verwendung eines Kunststoff-Materials nach Anspruch 9,
wobei das Mineral Glas ist.
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