Bir vakum düzeneğinde hedeflenen basınç seviyesinin istenilen değere inebilmesinde en az pompalar kadar belirleyici olan bir diğer etmen ise düzenekte kullanılan malzemelerin vakuma uygunluğudur. Bu bakımdan vakum sisteminde kullanılacak malzemeler dikkatlice seçilmez ise vakum düzeneğinde önemli bir gaz yükü oluşacağından hedeflenen vakum seviyesine inmek imkansızlaşır. Bu yazımızda vakum düzeneğinde kullanılacak malzemelerin sahip olması genel özellikleri ve yaygın kullanılan vakum bileşenleri anlatılacaktır.
Vakumda Kullanılan Malzemelerin Genel Özellikleri Nelerdir ?
Vakum düzeneklerinde malzemelerin seçiminde bazı önemli kıstaslar vardır. Bunlar sırası ile mekanik,gaz yükü, ısısal,buhar basıncı ve ışımadır. Kıstasları maddeler halinde açacak olursak;
- Vakumda kullanılacak malzeme freze gibi donanıma kolay işlenebilir olması,
- Yüksek sıcaklıklara dayanıklı ve düşük sıcaklıklarda ise kırılgan olmaması,
- Vakum düzeneğinin sahip olduğu sıcaklık ve basınç aralıklarında malzemenin sahip olduğu fiziksel özelliklerinde değişiklik olmaması,
- Sıcaklık ve basınç farkının yüksek olduğu sistemlerde malzemenin dayanabilecek mekanik yapıya sahip olması,
- Vakum düzeneğinin en yüksek sıcaklık kullanımında malzemenin mümkün olduğunca düşük buhar basıncına sahip olması,
- Farklı malzemelerden yapılan mekanik parçalarına ait genleşme miktarının birbirine göre uyumlu olması,
- Isıl işlemlerde vida yataklarının ve vidaların toleranslarında değişiklik olmaması,
- Malzemeler gazlar için gözenekli ve geçirgen olamaması,
- Vakum kabinin/kazanın iç yüzeylerinde sıvı veya kir kalmaması için çizik yada çatlakların olmaması,
- Vakum düzeneğinde kullanılan malzemelerinin kullanılan gazlar ile reaksiyona girmemeli,
- Conta ve sızdırmazlık malzemelerinin ışıma altında sertleşmemesi,
- Gözlem pencere camlarının ise saydamlığını yitirmemesi gerekir.
Vakumda En Çok Kullanılan Malzemeler Nelerdir?
Vakum düzeneklerinde en çok kullanılan malzemeler metaller, özel metal alaşımlar, plastikler, cam, seramik ve elostomerlerdir.
Metaller
- Paslanmaz Çelik : Yüksek(HV) ve ileri yüksek vakum(UHV) sistemlerinde kullanılan ve vakum kabini/kazanı yapımında kullanılan en yaygın malzemedir. Paslanmaz çeliğin vakum düzeneklerinde kullanılmasının nedenleri ise mekanik dayanıklılığı, buhar basıncının kabul edilebilir seviyede olması, ucuz ve kolay işlenebilir özellikleri ile sistemlerde kullanılması tercihini arttırmaktadır. Paslanmaz çeliklerden AISI 321 düşük manyetk geçirgenliğe sahip sistemlerde ,AISI 357 ise fazla parlatma gerektirmeyen düzeneklerinde kullanılır.
- Alüminyum ve Alüminyum Alaşımları : Vakum elemanlarının yapımında en çok kullanılan malzemedir.Bu alaşımlara örnek verecek olursak alüminyum-silisyum (Al-Si) ve içerisinde azda olsa çinko içeren alüminyum-magnezyum içeren (Al-Zn-Mg) alaşımları en çok kullanılan alaşımlar arasındadır. Avantajları ise paslanmaya karşı dayanıklı olması ve kolay işlenebilir olması bu alaşımların başlıca üstünlükleri arasında yer alırken yüksek sıcaklıklarda dayanıklı değildirler. Bu durum ise deforme olan malzemenin frezlenmesi gerekir.
- Tunç (Bronz) : Bu malzeme ise bozunuma karşı dayanıklıdır. Fakat tuncun kurşun içeriğinden dolayı buharlaşma oranı oldukça yüksektir bu bakımdan tunç malzemeler nikel ile kaplanır.
- Bakır : Plazma temizleme yöntemi ile oksijenden arındırılmış ve yüksek iletkenlik kazandırılan bakır vakum düzeneklerinde kullanılır. Kolay işlenebilir olması ve yıpranmaya karşı dayanıklı olduğundan oldukça kullanışlıdır. Oksijen ile kolayca etkileştiğinden dolayı ısıtma gerektiren vakum düzeneklerinde pek kullanılmaz.Kullanılacağı zaman ise gümüş ile kaplanır. Bakır iyi bir iletken olduğundan metal buharlaştırılan sistemlerde elektrot olarak kullanılır.
Plastikler
Plastik malzemelerin metal malzemelere göre büyük gaz salmaları ve gaz geçirgenlik yüzdeleri oldukça yüksektir. Bu nedenle vakum kabinlerinde kullanımı oldukça azdır.Vakum teknolojisinde kullanılan plastik malzemeler ise sırasıyla akrilik, teflon, polikarbonatlar, polisitiren ve PVC’dir.
- Akrilik : Yüksek buhar basıncı ve su buharı bırakma özelliğine sahiptir.Bu nedennle vakumda kullanılması uygun değildir.
- Teflon(PTFE) : Bu malzemenin gaz salınımı oldukça düşük olup iyi bir yalıtkandır. Sıcak ortamlarda kullanımı bu nedenle uygundur.
- Polikarbonatlar ve Polisitirilen :Gaz salımı orta derecededir ve su buharı bırakma özelliğine sahiptir.Ayrıca elektriksel olarak da iyi bir yalıtkandır.
- PVC :Yüksek oranda gaz salımına sahiptir.Vakum hatlarında ve vakum kaçağı testlerinde kullanılan geçici bağlantılarda kullanılır.
Seramik ve Camlar
Düşük gaz salımı ve düşük gaz geçirgenliği özelliğine sahiptir. Bu malzemeler iyi yalıtkan olup 1500 C ‘ye kadar dayanıklıdır.Bunların dışında Payreks olarak bilinen borsilisyum cam genellikle vakum düzeneklerinin üretimi ve vakum kabini/kazanı üzerinde bulunan gözetleme pencerelerinde kullanılır.
Elostomerler
Kullanım alanlarının başında O-ring malzemelerin yapımında kullanılır. Elostomerlerin en cok kullanılan malzemeleri ise kauçuk ve vitondur.
- Kauçuk : ‘Buna N’ olarak adlandırılır.O-ring yapımında kullanılır.
- Viton : Bu malzemede O-ring yapımında kullanılır. Düşük basınç için viton 200 C’ye kadar tavlandıktan sonra vakum içerisinde kullanılmalıdır.
Vakumda Kullanılmaması Gereken Malzemeler Nelerdir ?
Vakumda yüksek gaz salımı olan, buhar basıncı yüksek malzemeler kullanılmamalıdır. Ayrıca kadmiyum kaplanmış vidalarda yüksek gaz bırakma özelliğinden dolayı kullanılmamalıdır.Bu bilgilere ek olarak vakumda PVC kullanılmamalıdır.
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)
electrologs 