Vakumlu fırınlama: önemi ve uygulanması 3 Ekim 2019
Yavaş veya hızlı hareket eden gaz moleküllerinin varlığı basıncı artırır. Vakum, örneğin bir hazne veya balon joje içinde bulunan moleküllerin sayısını azaltarak oluşturulur. Bununla birlikte, bu tür bir haznenin iç yüzeyine basınç uygulayan moleküllerin sayısını azaltarak basınç azaltılır. Maalesef bu durum "ek" moleküllerin devreye girmesine neden olur.
Bu ek moleküllerin iki ana kaynağı vardır: aksi takdirde yüzeyin mikroskobik pürüzlülüğüne takılacak veya dolaşacak yüzeye yakın moleküller ve haznenin iç yüzeyinin içine gömülmüş olan ve vakum arttıkça ve tutma basıncı kaldırıldığında kütleden yüzeye "nüfuz eden" moleküller.
Sanki bu vakum mühendisinin başa çıkması için yeterince karmaşık değilmiş gibi, göz önünde bulundurulması gereken diğer gaz kirletici kaynakları da vardır. Bunlar arasında parmak izi ve içerdikleri insan yağı gibi harici kirleticiler, reaksiyon ürünleri, pompalardan vakum atmosferine geri akacak yağ ve contalar gibi vakum bileşenlerinin kendilerinin buhar basıncı yer alır.
Bu çeşitli (ve birleşik) "ek" molekül kaynakları, vakum pompalarının zamanında ve öngörülebilir bir şekilde elde edebilecekleri ve edebilecekleri vakum seviyelerini kolayca elde etmesini ve sürdürmesini engeller. Çözümler çok çeşitlidir: Bu öğelerin üretildiği malzemenin mümkün olduğunca az kirletici içerdiğinden emin olmak; bileşenleri monte ederken lateks tozsuz eldiven kullanılmasını sağlamak; yağ kaynaklarının (mutlaka) izole edilmesini sağlamak; mümkün olduğunca kauçuk ve plastiklerin diğer "moleküler olmayan" malzemelerle değiştirilmesini sağlamak ve son olarak bileşenlerin "fırınlanması"nı sağlamak.
Vakum sistemi fırınlama nedir?
Pişirme işleminde malzemeler ısıtılır (ultra yüksek vakum (UHV) elde edilecekse ideal olarak 300 - 400 ͦ C'ye kadar).
Bununla birlikte, pompa üreticileri genellikle yüksek vakum pompası flanşında 120 ͦ C'ye kadar maksimum fırınlama sıcaklığı belirtir. Vakum ekipmanında ısı kaynakları (radyant ısıtma gibi) kullanılıyorsa, izin verilen radyan güç aşılmamalıdır.
Vakumlu fırınlamanın sınırlamaları
Yüzeyden ve alt yüzeyden (örneğin bir haznenin) yayılan moleküllerle başa çıkmak için fırınlama prosedürleri gerekli vakum seviyelerine, nihai kullanımına ve sistemin kendisine bağlıdır. Suyu ve hidrokarbon kalıntılarını uçurmak için hazneden çıkarmak bariz bir istisnadır. Hazne fırınlanabilir, metal contalı bir UHV sistemi ise sistemin fırınlanması (özellikle daha kaba bir pompaya) standart uygulama olmalıdır.
O-ring contaların kendine özgü sorunları vardır. Vakumlu fırınlama sıcaklığı ve etkinliği, O-ring malzemesinin sıcaklık toleransı ile sınırlandırılacaktır. Örneğin, Viton 160 ͦ C'nin üzerinde pişirilmemelidir, çünkü yavaşça parçalanmaya başlayacaktır. Daha da önemlisi, tüm pişirilebilir malzemeler (sistemde nerede bulunurlarsa bulunsunlar) termal açıdan oldukça homojen olmalıdır, aksi takdirde soğuk noktalar temizlenmesi gereken yabancı maddeleri biriktirir.
Haznenin nitrojen gibi sıcak gazla yıkanması yüzey kirleticilerinin giderilmesinde etkili olabilir. Azot temiz gaz ısıtıcısından geçirilir ve hazneden 30 dakikaya kadar yavaşça akmaya bırakılırsa, kirleticiler akışta yakalanır ve egzoz portalından dışarı çıkar. Ancak her sistem için zaman ve sıcaklıkların belirlenmesi gerekir. Bu nitrojen temizleme yönteminin uygulanması oldukça kolay olsa da, yüksek vakum sistemleri için yalnızca kısmi bir çözümdür.
Vakumlu fırınlama prosedürlerinde zamanlama neden önemlidir?
Son olarak, CERN projesi için Turbo Moleküler Pompalar (TMP'ler) kullanılarak pişirme ile ilgili 1961 tarihli bir bilimsel makalede, "TMP'ler aracılığıyla pompalamanın, esas olarak kriyostat yalıtım vakumu içinde bulunan birçok süper yalıtım katmanının gazdan arındırılması nedeniyle iki ila üç hafta sürdüğü" belirtilmektedir. Ancak bu istisnai bir durumdur ve haftalar yerine günler süren pompalamaların çoğu uygulamada daha kabul edilebilir olduğu düşünülmektedir.
