Poistaako kaksinkertaisen O-rengastiivistysjärjestelmän käyttö asennuslaipassa PFA-lämmittimien vuodot korkean -tyhjösovelluksiin (0,01 mbar)?

Johtuen elastomeerin läpitunkeutumisesta ja koskettimen mikro-vuotojsta, PFA-lämmittimen asennuslaipan yksi O--rengastiiviste ei toisinaan riitä korkean -tyhjiösovelluksiin, joissa tarvitaan jopa 0,01 mbar (10⁻¹ bar). Vuotonopeudet voidaan alentaa arvosta 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (yksi tiiviste) arvoon 10⁻◦–10⁻² mbar·L/s (hyväksyttävä useimpiin{10}}tyhjiösovelluksiin) kaksois-O-rengastiivistejärjestelmällä, jossa on kaksoistiiviste. Tyhjiöpumppu poistaa kaikki kaasut, jotka tihkuvat ensimmäisen O-renkaan ohi ennen kuin se saavuttaa toisen O-renkaan ja luo suojatun tilavuuden. Metalli-tiivistetty laippa (ConFlat-tyyppi) on välttämätön korkeimmille alipainetasoille (10⁻² mbar ja alle). Kahden O{19}}renkaan järjestelmä on pikemminkin merkittävä vähennys kuin täydellinen eliminointi. Keskipitkällä tai korkealla tyhjiöllä (10⁻³ - 10⁻◦ mbar) se toimii melko hyvin. PFA-lämmittimien ylimääräinen monimutkaisuus on taattu vain, kun vuotonopeus on alle 10⁻² mbar·L/s.

Vuotoreitit ja kaksoistiivistemekanismi
Kolme reittiä johtaa vuotoon yhdessä O-rengastiivisteessä (Viton tai FFKM): (1) kaasun läpäisy elastomeerin läpi (10⁻³–10⁻³ mbar·L/s tiivisteen pituuden senttimetriä kohti); (2) mikro--kanavat O-rengas-laipan rajapinnassa (10⁻◦–10⁻³ mbar·L/s 100 mm:n laipalle); ja (3) itse PFA{12}}metallirajapinta (laipan läpi kulkeva lämmittimen vaippa). Yleensä yksi tiiviste voi saavuttaa vuotonopeuden 10⁻³–10⁻² mbar·L/s, mikä on liian korkea suurtyhjiölle.

Toinen O-rengas ja tyhjiöportti on lisätty kaksois-O--järjestelmään. Pieni lisätyhjiöpumppu tyhjentää O--renkaiden välisen alueen. Kaikki kaasu, joka vuotaa ensimmäisen O{5}}renkaan ohi, pumpataan heti pois, eikä se pääse koskaan toiselle. Tulo (ensimmäisen tiivisteen vuotonopeus) × (toisen tiivisteen vuotonopeus) / (pumppausnopeus) on tehollinen vuotonopeus. Vuotonopeudet välillä 10⁻² - 10⁻² mbar·L/s ovat käytännössä toteutettavissa.

Vuotomäärien vertailu 50 mm PFA-lämmittimen laippoihin
Materiaalit, tiivisteen kokoonpano, saavutettavissa oleva vuotonopeus (mbar·L/s), sopiva alipainetaso ja kustannusten nousu (%)
Puristus yksi O-rengas FKM 10⁻³–10⁻¹ 1–10 mbar (karkea alipaine) 0 %
Yksi O-rengas (FFKM, Kalrez) FFKM 10⁻◦–10⁻¹ 0,1–1 mbar +10 %
FKM + rasva 10⁻◦–10⁻◦ 0,01–0,1 mbar + 15% yksittäinen O--rengas uratiivisteellä (tyhjiörasva)
Ei--pumpattu kaksois-O--rengas FKM + FKM 10⁻²–10⁻◦ 0,1–1 mbar + 20 %
Kaksinkertainen O-rengas (pumpattu, karkea pumppu) FKM + FKM 10⁻◦–10⁻¹ mbar +35 %
Kaksinkertainen O-rengas (pumppu, turbopumppu) FFKM + FFKM 10⁻²–10⁻◦ mbar +50%
Metallitiiviste (kuparitiiviste, ConFlat)Alumiini tai kupari<10⁻¹ +100% Extremely high vacuum
PFA hitsattu metallilaippaan<10⁻¹ (through PFA) Welded PFA-to-metal transition (hermetic)PFA permeation limit of +200%
PFA-lämmittimen asentaminen käytännössä
Kaksinkertaisen O-rengastiivisteen asentaminen suurta-tyhjiökäyttöä varten PFA-lämmittimen laippaan:

Laipan rakenne: PFA-laipan säiliön puolella on oltava kaksi samankeskistä O-rengasuraa, jotka ovat 15–25 mm:n etäisyydellä toisistaan. O--renkaiden välisessä tilassa on portti (1/4 tuumaa tai 6 mm), joka on kytketty tyhjiöpumppuun (pyörivä siipi, 10⁻² mbar).

O-rengasmateriaali: Käytä FFKM:ää (Kalrez, Chemraz) kemiallisen yhteensopivuuden varmistamiseksi vihamielisten väliaineiden kanssa. Ei-aggressiivisille höyryille FKM (Viton) on sopiva.

Kiristysmomentti: Purista O-renkaita 20–25 % niiden poikki-halkaisijasta kiristämällä laippapultit tasaisesti tähtikuviolla.

Pumppaus: tiivisteiden välistä tilavuutta on pumpattava jatkuvasti käytön aikana. Riittää, että sinulla on pieni erikoistyhjiöpumppu (10 l/min).

Lämmittimen vaippa: Toinen mahdollinen vuotoreitti on PFA---metallisydämen ulostulopiste kylmässä päässä. Käytä hitsatusta metallista valmistettua paljetiivistettä tai silikonipäällysmuottia (katso artikkeli #87).

Esimerkki kentällä
PFA-lämmitin tarvittiin pitämään puolijohdetutkimuskammio 80 asteessa korkeassa tyhjiössä (10-1 mbar). Vuoto lämmittimen laipan ympärillä aiheutti painepiikkejä (10⁻³ mbar) käyttämällä yhtä O-rengastiivistettä. Aiemman järjestelyn tilalle asennettiin pumpattu kaksois-O--tiiviste (kaksi FKM O--rengasta, joiden väliportti on yhdistetty pieneen kalvopumppuun. Kuuden kuukauden ajan kammiopaine pysyi vakiona 2 x 10-◦ mbar. Lämmittimellä suoritettiin useita saostusajoja. Pumpun ja laipan päivitys maksoi 500 dollaria.

PFA:n rajoitukset korkeassa tyhjiössä
Jopa virheettömällä tiivisteellä PFA-suojus itsessään on kaasua-läpäisevä ja kaasutuksesta vapautuva imeytynyttä vettä ja liuotinjäämiä. Kaasun poistaminen PFA:sta rajoittaa taustapainetta alle 10⁻² mbar (yleensä 10⁻◦–10⁻² mbar) paineissa. Tiivistyksestä riippumatta PFA:ta ei voida käyttää ultra-korkeassa tyhjiössä (UHV,<10⁻¹ mbar). PFA with a double O-ring seal is suitable for medium to high vacuum (10⁻³ to 10⁻◦ mbar).

Yhteenvetona voidaan todeta, että kaksinkertaisen O-renkaan ja pumppauksen käyttö vähentää vuodon arvoon 10⁻²–10⁻² mbar·L/s.
PFA-lämmittimen asennuslaipassa oleva kaksois-O{0}}-tiivistejärjestelmä, jossa tiivisteen välinen tilavuus-poistetaan pumpulla, vähentää vuotonopeudet 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (yksi tiiviste) arvoon 10⁻◦–10⁻◦–10⁻} mcubaarista 10⁻}sovelluksiin. 0,01 mbar (10-1 bar). Tämä riittää useimpiin keski-{10}tyhjiötoimenpiteisiin. Vaikka vuoto vähenee kahdesta neljään suuruusluokkaa, tekniikka ei poista sitä kokonaan. Metallitiiviste tai hermeettinen PFA---metallisiirtymä tulee harkita alle 10⁻◦ mbarin paineissa. Tyhjiöuuneihin, pinnoituskammioihin ja kaasunpoistojärjestelmiin kaksoistiiviste on toimiva vaihtoehto. Se muuttaa hankalan laipan luotettavaksi esteeksi. Melkein virheetön, mutta ei aivan. Se riittää useimpiin{20}}tyhjiövaatimuksiin.