VAKUM TEKNOLOJİSİNDE KULLANILAN VAKUM BİLEŞENLERİ

Bu yazımızda vakum sistemlerinde sıkça kullanılan vakum elemanları incelenecektir.Bu elemanlar ise flanjlar,O-ring, metal contalar(gasket) ,adaptörler, gözlem pencereleri ve vanalardır.

Vakumda Kullanılan Flanjlar Nelerdir ?

Vakum sisteminde kullanılan flanjlar, birbirine benzemeyen yani farklı türlerdeki vakum elemanlarını birbirlerine bağlayan standart bağlantı elemanlarıdır.Buna örnek verecek olursak bir ucunda mekanik pompa diğer ucunda vakum ölçer bağlanılan hızlı test sistemlerinde,yada vakum kazanına bağlanması sağlanan gaz analizörü flanj bağlantılarına verilen örneklerden bazılarıdır. Flanjlarda kendi aralarında çeşitlere ayrılır bunlar sırasıyla CF flanjlar, KF (veya QF) flanjlar, ASA ve ISO’dur (Şekil-1).

hepsi
Şekil 1: Flanj çeşitlerine ait fotoğraflar

Vakumda Sızdırmazlık Elemanları Nelerdir ?

Sızdırmazlık elemanları, flanjlar üzerinde bulunan yataklara yerleştirilen ve vakum sızdırmazlığını sağlayan vakum bileşenleridir.Sızdırmazlık elemanlarının genel olarak malzemesi elostomerdir. Vakum düzeneklerinde kullanılan sızdırmazlık elemanları vakum seviyelerine göre seçilir.

  • O-Halkalar (O-ring) : O-halkalar flanjlar ile birlikte kullanılan ve vakum sistemlerinde sızdırmazlık için kullanılan vakum elemanlarıdır (Şekil 2a). O-halkalar elostomerden yapılmış olup vakum teknolojisinde metal tel ve metal contaya göre daha yaygın olarak kullanılır. O-halkaların yapıldığı malzemeler ise buna- N, silikon, teflon ve florokarbondur. Örnek olarak o-halkaların malzemesini buna N olarak kabul edersek bu malzemenin 16 C ile 130 C derece aralığında rahat kullanılırken malzemesi florokarbon olan o-halkalar -29 C ile +204 C derece aralığında kullanılır. O-halkalar vakum düzeneklerinde kullanılmadan önce fırında tavlanır ardından o-halkalara vakum yağı sürülerek flanj yataklarına takılır(Şekil 2b).
o-ring
Şekil 2 : (a) O-halkalara ait fotoğraf . (b) O-halkaların flanj yatağına yerleşimi.
  • Metal Contalar (Gasket) : CF flanjlar ile kullanılan bu sızdırmazlık elemanları  genellikle bakır, alüminyum gibi metallerden yapılır (Şekil 3). Meta contaların elostomer yapıya sahip o-halkalara göre daha töleranslı olduklarından çalışma sıcaklıkları yüksek vakum sistemlerinde kullanılırlar. Genellikle –196 C ile 450 C derece  çalışma sıcaklıkları arasında kullanılır.Metal contaların elostomer yapıya sahip malzemelere göre dez avantajı ,metal contaların kullanımı tek seferliktir ve elostomerlere göre daha pahalıdır.
copper-gaskets-37
Şekil 3: Bakır gaskete ait fotoğraf.
  • Metal Teller : Genellikle büyük çaptaki flanjlar ile kullanılmaktadır.Metal teller  alümünyum, bakır veya altın’dan yapılır (şekil 4). Metal tellerin alüminyumdan imal edilenleri oldukça ucuz olup vakum sistemlerinde kullanılmadan önce 190  C dereceye kadar ısıtıldıktan  sonra kullanılmaktadır. Altından imal edilen metal teller ise 400 C’ ye kadar ısıtıldıktan sonra kullanılır.
metal tel
Şekil 4: Bakır metal tele ait fotograf.

Vakum Sistemlerinde Kullanılan Besleme Bağlantıları Nelerdir ?

Besleme bağlantıları (feedthrough) vakum kabini/kazanı içerisinde bir takım ölçümlerin yapılmasını sağlayan ve vakum seviyesinin bozulmdan vakum kabinin /kazanın hem içerisine hemde dışarısına elektrik, su, sıvı azot ,ışık gibi niceliklerin iletilmesini sağlayan vakum bağlantı elemanlarıdır.

  • Elektrik Besleme Bağlantıları : Vakum kazanı/kabini içerisinde kullanılacak ısıtıcı,kalınlık ölçer, Sputter gun ,termal pota gibi birimlere elektriksel iletimi sağlayan besleme türüdür ( şekil 5 ). Bu bağlantıların sağlanmasını sağlayan kabloların uç kısmına takılan pabuçların elektriksel iletimi yüksek olan malzemeleri tercih edilir. Elektriksel besleme bağlantılarında dikkat edilmesi gereken en önemli kısım ise kabloların vakum düzeneğinden elektriksel yalıtımının yüksek olmasıdır. Elektriksel beslemelerde yalıtkan malzemeler için ise seramik veya teflon kullanılır.
elec feedthrough
Şekil 5: Çeşitli elektriksel besleme türleri.
  • Mekanik Hareketler için Besleme Bağlantıları : Vakum kazanı/kabini içerisinde kullanılacak dönü hareketine sahip mekanik parçaların hareketinin  sağlayan besleme türüdür ( şekil 6 ). Vakum kazanı içerisinde kullanılan bu mekanik parçaların montajında ise set screw vidaları kullanılır.
Mekaniksel Bağlantı
Şekil 6 : Mekaniksel besleme türü.
  • Akışkanlar İçin Besleme Bağlantıları :Vakum kazanı/kabini içerisine su, sıvı azot ve gaz iletimini sağlayan besleme türüdür ( şekil 7 ). Bu besleme türüde diğer besleme türleri gibi flanjlar sayesinde yapılmaktadır.
Akışkan
Şekil 7 : Akışkanlar için kullanılan besleme bağlantısı.

Vakum Sisteminde Kullanılan Vakum Vanaları Nelerdir ?

Vakum vanaları, vakum kazanını/kabinini dış atmosferden yalıtmak ve vakum düzeneğine kontrollü bir şekilde gaz akışını sağlamak için kullanılan vakum elemanlarıdır. Vakum vanalarına sırasıyla örnek verecek olursak sürgülü vanalar, küresel vanalar, kelebek vanalar, kontrollü sızıntı vanalar bunlardan bazılarıdır.

Vakum Sistemlerinde kullanılan Görüş Pencerelerinin Özellikleri Nelerdir ?

Görüş pencereleri, vakum altında gerçekleştirilen işlemleri izlemek, kontrol etmek ve gerekli optik ölçümlerin vakum kazanının/kabinin dışarıdan yapmak için kullanılır. Ayrıca görüş pencereleri ışığı geçiren özelliğe sahip malzemelerden yapılır (şekil 8). Bu malzemeler sırasıyla safir, silisyum katkılı kuartz ve kristal kuartz’dır. Fakat bu malzemelerin sıcaklık sınırı vardır. Sırasıyla safirin sıcaklık sınırı 400 C, silisyum katkılı kuartz’ın sıcaklık sınırı 200 C ve kristal kuartz’ın sıcaklık sınırı ise 200 C derecedir. Görüş pencerelerin’in vakum kazanın iç kısmına bakan bölümün metal kaplama ile kaplanmaması için önüne cam veya camın önüne shutter kullanılmısı unutulmamalıdır.

Görüş penceleri
Şekil 8 : Vakum düzeneklerinde kullanılan çeşitli görüş pencereleri

Yararlanılan Kaynaklar 

  • Introduction to the princibles of vacuum physics ( Niels Marquardı)
  • Handbook of vacuum science and technology  (Bawa Singh, John H. Thomas,Doroty M. Hoffman)
  • Fundemantals of vacuum technology (Dr. Walter Umrath)