In der Werkstoffkunde bezeichnet Vakuum einen Zustand stark reduzierten Gasdrucks gegenüber dem Atmosphärendruck. Je nach Druckbereich unterscheidet man typischerweise Niedervakuum (bis ca. 10^-1 mbar), Hochvakuum (HV, ca. 10^-3 bis 10^-7 mbar) und Ultrahochvakuum (UHV, < 10^-7 mbar). Diese Klassifikation ist entscheidend, da mit abnehmendem Druck Gasdichte, mittlere freie Weglänge und Reaktivität der Restgase die Werkstoffprozesse unterschiedlich beeinflussen.

Vakuumatmosphären werden eingesetzt, um Oxidation, Nitridation oder Kontamination während thermischer und thermomechanischer Prozesse (z. B. Vakuumwärmebehandlung, Sintern, Schmelzen) zu minimieren. Im Hoch- und Ultrahochvakuum lassen sich Oberflächen nahezu frei von adsorbierten Schichten herstellen, was für Oberflächenanalytik (z. B. AES, XPS, LEED) und für dünne Schichten (PVD, Molekularstrahlepitaxie) essenziell ist.

Die Auslegung von Vakuumsystemen umfasst die Wahl geeigneter Pumpenstufen (Vorvakuum-, Hochvakuum- und ggf. UHV-Pumpen), die Minimierung von Leckraten und Ausgasung (Materialwahl, z. B. Titan- oder Edelstahl-Vakuumsysteme) sowie die Optimierung des Leitwertes der Vakuumleitungen. Vakuumoptimierung erfordert zudem ein Verständnis von Gastransport im Knudsen- und Molekularströmungsbereich.

Für reproduzierbare Werkstoffprozesse sind definierte Vakuumbedingungen und deren metrologische Erfassung (Druckmessung, Restgasanalyse) unverzichtbar. Das Vakuum ist damit nicht nur eine Prozessumgebung, sondern ein kritischer Parameter, der Gefügeentwicklung, Oberflächenzustand, Reinheit und damit die endgültigen Werkstoffeigenschaften kontrolliert.