Vakuumpumpenwerden in einer Vielzahl vonVakuumsysteme, zusammen mit Kammern und Betriebsmethoden. In einigen Fällen werden mehrere Pumpen (in Reihe oder parallel) in einer einzigen Anwendung eingesetzt. Eine Verdrängerpumpe, die eine Gaslast von einer Einlassöffnung zu einer Auslassöffnung (Auspufföffnung) befördert, kann verwendet werden, um ein Teilvakuum zu erzeugen, das oft als Grobvakuum bezeichnet wird. Solche Pumpen können aufgrund ihrer mechanischen Einschränkungen nur ein niedriges Vakuum erreichen. Andere Verfahren, im Allgemeinen nacheinander, müssen anschließend verwendet werden, um ein höheres Vakuum zu erzeugen (normalerweise nachdem eine Verdrängerpumpe verwendet wurde, um ein schnelles Vakuum zu erzeugen). Eine ölgedichtete Drehschieberpumpe (die typischste Verdrängerpumpe) kann verwendet werden, um eine Diffusionspumpe zu unterstützen, oder eine trockene Scrollpumpe könnte verwendet werden, um eine Turbomolekularpumpe zu unterstützen. Je nach der erforderlichen Vakuumstärke gibt es andere Kombinationen.
Ein hohes Vakuum ist schwierig zu erreichen, da die Ausgasungs- und Dampfdruckeigenschaften aller dem Vakuum ausgesetzten Materialien sorgfältig geprüft werden müssen. Öle, Fette und Kunststoff- oder Gummidichtungen, die als Vakuumkammerdichtungen verwendet werden, dürfen beispielsweise bei Kontakt mit dem Vakuum nicht verdampfen. Andernfalls verhindern die entstehenden Gase, dass das erforderliche Vakuum erreicht wird. Alle dem Vakuum ausgesetzten Oberflächen müssen häufig bei hoher Temperatur geröstet werden, um die absorbierten Gase auszutreiben.
Auch das Trocknen vor dem Vakuumpumpen kann helfen, ein Ausgasen zu verhindern. Metallkammern mit Metalldichtungen, wie beispielsweise Klein-Flansche oder ISO-Flansche, kommen bei Hochvakuumkammerdichtungen häufiger vor als Gummidichtungen, die häufiger bei Niedervakuumkammerverschlüssen verwendet werden. Um ein Ausgasen zu vermeiden, muss das System sauber und frei von organischen Rückständen sein. Alle Materialien, ob fest oder flüssig, haben einen niedrigen Dampfdruck, und wenn der Vakuumdruck unter diesen Dampfdruck fällt, wird das Ausgasen kritisch. Infolgedessen können viele Materialien, die bei niedrigem Vakuum gut funktionieren, wie beispielsweise Epoxid, bei höherem Vakuum ausgasen. Mit diesen Sicherheitsvorkehrungen können mit einer Vielzahl von Molekularpumpen Vakua von 1 mPa erreicht werden. Bei richtiger Konstruktion und Bedienung ist es möglich, 1 µPa zu erreichen.
Pumpen verschiedener Art können in Reihe oder parallel verwendet werden. Eine Verdrängerpumpe würde verwendet werden, um den Großteil des Gases aus einer Kammer in einer Standard-Pumpsequenz zu entfernen, beginnend bei Atmosphärendruck (760 Torr, 101 kPa) und bis hinunter zu 25 Torr (3 kPa). Der Druck würde dann mithilfe einer Sorptionspumpe (10 mPa) auf 104 Torr gesenkt. Eine Kryopumpe oder Turbomolekularpumpe würde verwendet werden, um den Druck auf 108 Torr (1 Pa) zu senken. Unter 106 Torr kann eine zusätzliche Ionenpumpe gestartet werden, um Gase zu entfernen, die eine Kryopumpe oder Turbopumpe nicht verarbeiten kann, wie etwa Helium oder Wasserstoff.
Für Ultrahochvakuum sind oft maßgeschneiderte Geräte, strenge Betriebsverfahren und eine Menge Versuch und Irrtum erforderlich. Vakuumsysteme aus Edelstahl mit Vakuumflanschen mit Metalldichtungen sind am gebräuchlichsten. Um den Dampfdruck aller ausgasenden Elemente im System vorübergehend zu erhöhen und sie auszukochen, wird das System normalerweise gebacken, idealerweise unter Vakuum. Dieses Ausgasen des Systems kann bei Bedarf auch bei Raumtemperatur erfolgen, obwohl es erheblich länger dauert. Das System kann gekühlt werden, um den Dampfdruck zu senken und so die Restausgasung während des tatsächlichen Betriebs zu reduzieren, nachdem der Großteil der ausgasenden Materialien ausgekocht und evakuiert wurde. Flüssiger Stickstoff wird verwendet, um einige Systeme weit unter Raumtemperatur abzukühlen, um die Restausgasung zu stoppen und gleichzeitig das System kryozupumpen.
In Ultrahochvakuumsystemen müssen einige ungewöhnliche Leckagewege und Ausgasungsquellen berücksichtigt werden. Die Wasseraufnahme von Aluminium und Palladium wird zu einer unerträglichen Ursache für Ausgasung, und selbst bei harten Metallen wie Edelstahl und Titan muss die Absorptionsfähigkeit berücksichtigt werden. Bei starkem Vakuum sieden einige Öle und Fette aus. Es kann notwendig sein, die Porosität der metallischen Vakuumkammerwände und die Maserungsrichtung metallischer Flansche zu berücksichtigen.
Der Einfluss der Molekülgröße muss berücksichtigt werden. Kleinere Moleküle können leichter eindringen und von bestimmten Materialien absorbiert werden; daher sind Molekularpumpen beim Pumpen von Gasen mit kleineren Molekulargewichten weniger effizient. Obwohl ein System möglicherweise Stickstoff (den Hauptbestandteil von Luft) auf das entsprechende Vakuum abpumpen kann, können in der Kammer noch Reste von Wasserstoff und Helium aus der Umgebung vorhanden sein. Ausgasungsprobleme treten in Behältern auf, die mit einem hochgasdurchlässigen Material wie Palladium (einem Wasserstoffschwamm mit hoher Kapazität) ausgekleidet sind.
