Ingegneria del vuoto

L'ingegneria del vuoto si occupa di processi e apparecchiature tecnologiche che utilizzano il vuoto per ottenere risultati migliori rispetto a quelli utilizzati sotto pressione atmosferica. Le applicazioni più diffuse della tecnologia del vuoto sono:

Rivestimento in carburo di cromo pirolitico

Vetro antiriflesso

Colorazione del vetro

Impregnazione sottovuoto

Rivestimento sottovuoto

Essiccazione sottovuoto

I verniciatori sottovuoto sono in grado di applicare vari tipi di rivestimenti su superfici metalliche, in vetro, in plastica o in ceramica, garantendo alta qualità e uniformità di spessore e colore. Essiccatori sottovuoto possono essere utilizzati per materiali delicati e risparmiare notevoli quantità di energia a causa delle temperature di essiccazione più basse.

Tecnologia

L'ingegneria del vuoto utilizza tecniche e attrezzature che variano notevolmente a seconda del livello di vuoto utilizzato. La pressione leggermente ridotta dalla pressione atmosferica può essere utilizzata per controllare il flusso d'aria nei sistemi di ventilazione o nei sistemi di movimentazione dei materiali. I vuoti a bassa pressione possono essere utilizzati nell'evaporazione sottovuoto nella lavorazione di alimenti senza eccessivo riscaldamento. I gradi superiori di vuoto sono utilizzati per il degassaggio, la metallurgia sotto vuoto e nella produzione di lampadine e tubi a raggi catodici. Per alcuni processi con semiconduttori sono richiesti i cosiddetti vuoti "ultra alti"; i vuoti più "difficili" con la pressione più bassa vengono prodotti per gli esperimenti in fisica, dove anche alcuni pochi atomi di aria vaganti interferiscono con l'esperimento in corso.

L'apparecchio utilizzato varia con la pressione decrescente. I ventilatori lasciano il posto a vari tipi di pompe alternative e rotative. Per alcune importanti applicazioni, un espulsore di vapore può evacuare rapidamente un grande serbatoio di processo fino a un vuoto approssimativo, sufficiente per alcuni processi o come preliminare a processi di pompaggio più completi. L'invenzione della pompa Sprengel è stata un passo fondamentale nello sviluppo della lampadina ad incandescenza in quanto ha permesso la creazione di un vuoto che era superiore a quello precedentemente disponibile, che ha esteso la durata delle lampadine. A livelli di vuoto più elevati (pressioni più basse), vengono utilizzate pompe di diffusione, assorbimento, pompe aerodinamiche. Le pompe sono più simili ai "compressori" poiché raccolgono i gas rarefatti nel recipiente sottovuoto e li spingono verso una pressione molto più elevata, un volume più piccolo, uno scarico. Una catena di due o più diversi tipi di pompe per vuoto può essere utilizzata in un sistema di vuoto, con una pompa "di sgrossatura" che rimuove la maggior parte della massa d'aria dal sistema e le fasi aggiuntive che trattano quantità d'aria relativamente più piccole a livello inferiore e inferiore pressioni. In alcune applicazioni, un elemento chimico viene utilizzato per combinarsi con l'aria che rimane in un contenitore dopo il pompaggio. Ad esempio, nelle valvole elettroniche a vuoto, un "getter" metallico è stato riscaldato per induzione per rimuovere l'aria rimasta dopo l'abbassamento della pompa iniziale e la chiusura dei tubi. Il "getter" rimuove lentamente anche il gas che si è evoluto all'interno del tubo durante la sua vita rimanente, mantenendo un vuoto sufficientemente buono.

I materiali per l'uso in sistemi per vuoto devono essere attentamente valutati. Molti materiali hanno un grado di porosità, non importante per le pressioni ordinarie, ma che ammetterebbe continuamente quantità minime di aria nel sistema del vuoto se utilizzate in modo errato. Alcuni articoli, come gomma e plastica, emettono gas in un vuoto che può contaminare il sistema. A livelli di vuoto elevati e ultraelevati, anche i metalli devono essere accuratamente selezionati - le molecole d'aria e l'umidità possono aderire alla superficie dei metalli e qualsiasi gas intrappolato all'interno del metallo può percolare sulla superficie sotto vuoto. In alcuni sistemi di vuoto, un semplice rivestimento di grasso a bassa volatilità è sufficiente per sigillare le fessure nelle giunzioni, ma nel vuoto ultra-alto, i raccordi devono essere accuratamente lavorati e lucidati per ridurre al minimo il gas intrappolato. È pratica comune cuocere componenti di un sistema di alto vuoto; a temperature elevate, tutti i gas o l'umidità che aderiscono alla superficie vengono allontanati. Tuttavia, questo requisito influenza i materiali che possono essere utilizzati.

Gli acceleratori di particelle sono i più grandi sistemi di vuoto ultra alto e possono essere lunghi fino a chilometri.