Eliminerer brugen af et dobbelt O--ringforseglingssystem på monteringsflangen lækage i PFA-varmere til høje-vakuumapplikationer (0,01 mbar)?
Læg en besked
På grund af gennemtrængning gennem elastomeren og mikro-lækage ved kontakten er en enkelt O-ringforsegling på en PFA-varmermonteringsflange nogle gange utilstrækkelig til høje-vakuumapplikationer, der kræver tryk så lave som 0,01 mbar (10⁻¹ bar). Lækagehastigheder kan sænkes fra 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (enkeltforsegling) til 10⁻◦–10⁻² mbar·L/s (acceptabelt til de fleste{10}}højvakuumapplikationer) med et dobbelt O-ring-vakuum-"tætningssystem" (seal-ports-tætningssystem). En vakuumpumpe fjerner al gas, der siver forbi den første O-ring, før den kan nå den anden O-ring, hvilket skaber et beskyttet volumen. En metal-forseglet flange (ConFlat-type) er nødvendig for de højeste vakuumniveauer (10⁻² mbar og derunder). De to O-ringe er en væsentlig reduktion snarere end en total eliminering. Til medium til højt vakuum (10⁻³ til 10⁻◦ mbar) fungerer det ganske godt. Den ekstra kompleksitet for PFA-varmere er kun berettiget, når lækage er mindre end 10⁻² mbar·L/s.
Lækageruter og den dobbelte tætningsmekanisme
Tre veje fører til lækage i en enkelt O--ringforsegling (Viton eller FFKM): (1) gasgennemtrængning gennem elastomeren (10⁻³–10⁻³ mbar·L/s pr. cm tætningslængde); (2) mikro-kanaler ved O-ring-flangegrænsefladen (10⁻◦–10⁻³ mbar·L/s for en 100 mm flange); og (3) selve PFA-metalgrænsefladen (varmekappen, der passerer gennem flangen). Normalt kan en enkelt tætning opnå en lækagehastighed på 10⁻³–10⁻² mbar·L/s, hvilket er for højt til højvakuum.
En anden O--ring og en vakuumport tilføjes i et dobbelt O--ringsystem. En lille ekstra vakuumpumpe evakuerer området mellem O--ringene. Enhver gas, der siver forbi den første O-ring, pumpes ud med det samme og når aldrig til den anden. Produktet af (lækagehastighed for første tætning) × (lækagehastighed for anden tætning) / (pumpehastighed) er den effektive lækagehastighed. Lækagehastigheder mellem 10⁻² og 10⁻² mbar·L/s er mulige i praksis.
Sammenligning af lækage for 50 mm PFA-varmeflanger
Materialer, tætningskonfiguration, opnåelig lækagerate (mbar·L/s), passende vakuumniveau og omkostningsforøgelse (%)
Kompression enkelt O-ring FKM 10⁻³–10⁻¹ 1–10 mbar (grovt vakuum) 0 %
Enkelt O-ring (FFKM, Kalrez) FFKM 10⁻◦–10⁻¹ 0,1–1 mbar +10%
FKM + fedt 10⁻◦–10⁻◦ 0,01–0,1 mbar + 15% enkelt O--ring med rilleforsegling (vakuumfedt)
Ikke-pumpet dobbelt O-ring FKM + FKM 10⁻²–10⁻◦ 0,1–1 mbar + 20%
Dobbelt O-ring (pumpet, ru pumpe) FKM + FKM 10⁻◦–10⁻¹ mbar +35%
Dobbelt O-ring (pumpet, turbopumpe) FFKM + FFKM 10⁻²–10⁻◦ mbar +50%
Metaltætning (kobberpakning, ConFlat)Aluminium eller kobber<10⁻¹ +100% Extremely high vacuum
PFA svejset til metalflange<10⁻¹ (through PFA) Welded PFA-to-metal transition (hermetic)PFA permeation limit of +200%
Praktisk installation af en PFA-varmer
Sådan installeres en dobbelt O-ringtætning til høj-vakuumbelastning på en PFA-varmeflange:
Flangedesign: Tanksiden af PFA-flangen skal have to koncentriske O--ringriller, der er 15-25 mm fra hinanden. Der er en port (1/4 tomme eller 6 mm) i mellemrummet mellem O--ringene, der er forbundet til en vakuumpumpe (roterende vinge, 10⁻² mbar).
O-ringmateriale: For kemisk kompatibilitet med fjendtlige medier, brug FFKM (Kalrez, Chemraz). Til ikke-aggressive dampe er FKM (Viton) passende.
Moment: For at komprimere O-ringe med 20-25 % af deres tværsnitsdiameter, spændes flangeboltene ensartet i et stjernemønster.
Pumping: Under hele driften skal mellem-forseglingsvolumenet pumpes konstant. Det er tilstrækkeligt at have en specialiseret lille vakuumpumpe (10 l/min).
Varmekappe: En anden mulig lækagevej er PFA-til-metalkernens udgangspunkt i den kolde ende. Brug en bælgtætning lavet af svejset metal eller en silikone overform (se artikel #87).
Eksempel i marken
En PFA-varmer var nødvendig for at holde et halvlederforskningskammer ved 80 grader ved et højvakuum (10⁻1 mbar). Lækage omkring varmelegemeflangen genererede trykspidser (10⁻³ mbar) ved hjælp af en enkelt O--ringtætning. En pumpet dobbelt O-ringforsegling (to FKM O-ringe med en mellemport forbundet med en lille membranpumpe) blev installeret i stedet for det tidligere arrangement. I seks måneder forblev kammertrykket konstant på 2×10⁻◦ mbar. Adskillige deponeringskørsler blev udført med varmelegemet. Pumpe- og flangeopgraderingen kom til en ekstra pris på $500.
PFA's restriktioner i højvakuum
Selv med fejlfri forsegling er selve PFA-kappen gas-permeabel og afgiver gas, hvilket frigiver absorberet vand og resterende opløsningsmidler. Udgasning fra PFA vil begrænse baggrundstrykket ved tryk under 10⁻² mbar (normalt 10⁻◦–10⁻² mbar). Uanset tætning kan PFA ikke bruges ved ultra-højt vakuum (UHV,<10⁻¹ mbar). PFA with a double O-ring seal is suitable for medium to high vacuum (10⁻³ to 10⁻◦ mbar).
Som konklusion reducerer brug af en dobbelt O--ring og pumpning lækage til 10⁻²–10⁻² mbar·L/s.
Et dobbelt O--tætningssystem på en PFA-varmermonteringsflange, med mellem-tætningsvolumenet evakueret af en pumpe, reducerer lækagehastigheder fra 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (enkeltforsegling) til 10⁻◦–10⁻s til højvaku·um{10⁻s påføring 0,01 mbar (10⁻1 bar). For de fleste mellem- og højvakuumprocedurer{10} er dette nok. Selvom lækage er reduceret med to til fire størrelsesordener, er det ikke helt elimineret af teknologien. Metalforsegling eller hermetiske PFA-til-metalovergange bør overvejes for tryk mindre end 10⁻◦ mbar. Til vakuumovne, belægningskamre og afgasningssystemer er den dobbelte tætning et brugbart alternativ. Det forvandler en besværlig flange til en pålidelig barriere. Næsten fejlfri, men ikke helt. Det er tilstrækkeligt til de fleste høje-vakuumkrav.
