Neden ultra yüksek vakum için metal contalar gereklidir?
Vakum mühendisliği ve yüzey fiziği alanlarında, ultra yüksek vakumun (UHV), genellikle 1 \times 10^{-6}\text{ Pa} ile 1 \times 10^{-10}\text{ Pa} veya daha düşük basınçları ifade eder) elde edilmesi ve sürdürülmesi, sızdırmazlık malzemeleri için son derece katı gereksinimler ortaya koyar. Bu aşırı ortamlarda, kauçuk (elastomer) contalar, kendi fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle sızdırmazlık gereksinimlerini karşılayamaz ve metal sızdırmazlık (genellikle oksijensiz bakır, alüminyum veya indiyum gibi metal rondelalarla birlikte paslanmaz çelik bıçak ağızlı flanşlar, yani CF bıçak ağızlı flanş sistemi) kullanılmalıdır.
Bunun altında yatan temel fiziksel ve mühendislik nedenleri şunlardır:
1. Gaz Çıkarma Oranındaki (Outgassing Rate) Temel Farklılıklar
Ultra yüksek vakum (UHV) durumunda, sistemin ana gaz kaynağı kap içindeki kalmış hava değil, sistem duvarlarından ve sızdırmazlık malzemesinin kendisinden salınan gazlardır (başlıca su buharı, karbon monoksit, karbondioksit ve hidrokarbonlar).
- Kauçuk Contalar (örneğin, florokarbon kauçuk Viton/FKM vb.): Yüksek polimerlerdir, içlerinde büyük miktarda serbest hacim bulunur ve atmosferdeki nemi ve gazları emmeye ve çözmeye yatkındırlar. Vakum altında, emilmiş ve çözülmüş bu gazlar difüzyon yoluyla yavaş ve sürekli olarak vakum odacığına salınır; yüksek gaz çıkarma oranları, vakum seviyesinin aşılmasını engeller.
- Metal Contalar (örneğin, bakır rondelalar): Metallerin kristal yapısı yoğundur ve polimerlerin makro gözenekliliğine sahip değildir; gaz çıkarma oranları, hem hacim hem de yüzey açısından kauçuktan birkaç büyüklük mertebesi daha düşüktür. Uygun yüzey temizleme işlemlerinden sonra, metal sızdırmazlığın gaz çıkarma oranı ihmal edilebilir düzeydedir.
2. Gaz Geçirgenliği (Permeation)
Ultra yüksek vakum, dış gazların odacık içine nüfuz etme oranının son derece düşük olmasını gerektirir.
- Kauçuk Malzemeler: Gaz molekülleri (helyum, hidrojen, oksijen ve su buharı gibi) difüzyon mekanizmasıyla kauçuk contadan doğrudan geçerek atmosfer tarafından vakum tarafına nüfuz edebilir. Bu sürekli