Για εφαρμογές σε Ένα διπλό σύστημα σφράγισης δακτυλίου Ο-με μια ενδιάμεση θύρα κενού (μια "αντλούμενη" διπλή σφράγιση) μπορεί να μειώσει τους ρυθμούς διαρροής από 10-3–10-4 mbar·L/s (μονό σφράγισμα) σε 10-6–10-10-10 mbar·l/s, το οποίο είναι αποδεκτό{1} mbar·L/s. Οι δύο δακτύλιοι Ο-δημιουργούν έναν προστατευμένο όγκο. Οποιοδήποτε αέριο διαρρέει πέρα από τον πρώτο δακτύλιο Ο- αφαιρείται από μια αντλία κενού προτού φτάσει στον δεύτερο δακτύλιο Ο-. Για τα υψηλότερα επίπεδα κενού (10⁻7 mbar και κάτω), απαιτείται μια μεταλλική-σφραγισμένη φλάντζα (στυλ ConFlat). Το σύστημα διπλού δακτυλίου Ο{20}}δεν είναι πλήρης εξάλειψη αλλά δραματική μείωση. Είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό για μεσαίο έως υψηλό κενό (10-3 έως 10-6 mbar). Για θερμαντήρες PFA, η πρόσθετη πολυπλοκότητα δικαιολογείται μόνο όταν η διαδικασία απαιτεί ρυθμούς διαρροής κάτω από 10-5 mbar·L/s.
Διαδρομές διαρροής και λειτουργία διπλής σφράγισης
Σε ένα μόνο σφράγισμα δακτυλίου O- (Viton ή FFKM), η διαρροή λαμβάνει χώρα μέσω τριών οδών: (1) διείσδυση αερίου μέσω του ελαστομερούς (10-5–10-7 mbar·L/s ανά cm μήκους σφράγισης), (2) μικρο-κανάλια στη διεπαφή του δακτυλίου Ο- (10-4–10-3 mbar·L/s για φλάντζα 100 mm) και (3) η ίδια η μεταλλική διεπαφή PFA{12}} (το περίβλημα του θερμαντήρα που διέρχεται από τη φλάντζα). Ένα απλό στεγανοποιητικό συνήθως επιτυγχάνει ρυθμό διαρροής 10-3–10-4 mbar·L/s – πολύ υψηλό για υψηλό-κενό.
Ένα σύστημα διπλού δακτυλίου Ο-προσθέτει έναν δεύτερο δακτύλιο Ο-και μια θύρα κενού μεταξύ τους. Ο χώρος μεταξύ των δακτυλίων Ο- εκκενώνεται από μια μικρή βοηθητική αντλία κενού. Οποιοδήποτε αέριο διαρρέει πέρα από τον πρώτο δακτύλιο Ο-διοχετεύεται αμέσως και δεν φτάνει ποτέ στον δεύτερο δακτύλιο Ο-. Ο πραγματικός ρυθμός διαρροής γίνεται το γινόμενο: (ρυθμός διαρροής πρώτης σφράγισης) × (ρυθμός διαρροής δεύτερης σφράγισης) / (ταχύτητα άντλησης). Στην πράξη, μπορούν να επιτευχθούν ρυθμοί διαρροής 10-6–10-8 mbar·L/s.
Σύγκριση ρυθμού διαρροής για φλάντζα θερμαντήρα PFA 50 mm
| Διαμόρφωση σφραγίδας | Υλικά | Επιτυγχάσιμος ρυθμός διαρροής (mbar·L/s) | Κατάλληλο επίπεδο κενού | Αύξηση κόστους (%) |
|---|---|---|---|---|
| Μονός δακτύλιος O- (συμπίεση) | FKM | 10⁻³–10⁻⁴ | 1–10 mbar (ακατέργαστο κενό) | 0% |
| Μονό O-ring (FFKM, Kalrez) | FFKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1–1 mbar | +10% |
| Μονός δακτύλιος O-με στεγανωτικό αυλακώσεων (γράσο κενού) | FKM + γράσο | 10⁻⁵–10⁻⁶ | 0,01–0,1 mbar | +15% |
| Διπλός δακτύλιος Ο-(χωρίς-άντληση) | FKM + FKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1–1 mbar | +20% |
| Διπλός δακτύλιος O- (αντλούμενη, τραχιά αντλία) | FKM + FKM | 10⁻⁶–10⁻⁷ | 10-5–10-4 mbar | +35% |
| Διπλός δακτύλιος O- (αντλητικός, στροβιλοτρόπος) | FFKM + FFKM | 10⁻⁸–10⁻⁹ | 10-7–10-6 mbar | +50% |
| Μεταλλική τσιμούχα (ConFlat, χάλκινη φλάντζα) | Χαλκός ή αλουμίνιο | <10⁻¹⁰ | Εξαιρετικά-υψηλό κενό | +100% |
| Συγκολλημένο PFA-σε-μετάπτωση μετάλλου (ερμητικό) | PFA συγκολλημένο σε μεταλλική φλάντζα | <10⁻¹⁰ (through PFA) | Περιορίζεται από τη διείσδυση PFA | +200% |
Πρακτική εγκατάσταση για θερμαντήρα PFA
Για να εφαρμόσετε μια διπλή στεγανοποίηση δακτυλίου Ο-σε μια φλάντζα θερμαντήρα PFA για υπηρεσία υψηλής-κενού:
Σχέδιο φλάντζας: Η φλάντζα PFA πρέπει να έχει δύο ομόκεντρες αυλακώσεις δακτυλίου Ο- (που χωρίζονται κατά 15–25 mm) στην πλευρά της δεξαμενής. Η περιοχή μεταξύ των δακτυλίων Ο- έχει μια θύρα (1/4 ίντσας ή 6 mm) συνδεδεμένη με μια αντλία κενού (περιστροφικό πτερύγιο, ικανό 10-² mbar).
O-υλικό δακτυλίου: Χρησιμοποιήστε FFKM (Kalrez, Chemraz) για χημική συμβατότητα με επιθετικά μέσα. Το FKM (Viton) είναι αποδεκτό για μη-μη επιθετικούς ατμούς.
Ροπή: Σφίξτε ομοιόμορφα τα μπουλόνια της φλάντζας (μοτίβο αστεριών) για να συμπιέσετε τους δακτυλίους Ο- κατά 20–25% της διατομής τους-.
Άντληση: Ο όγκος μεταξύ-σφράγισης πρέπει να αντλείται συνεχώς κατά τη λειτουργία. Μια ειδική μικρή αντλία κενού (10 L/min) αρκεί.
Θήκη θερμαντήρα: Το σημείο εξόδου PFA-σε-μεταλλικό πυρήνα στο ψυχρό άκρο είναι μια άλλη πιθανή διαδρομή διαρροής. Χρησιμοποιήστε ένα καλούπι σιλικόνης (βλ. άρθρο #87) ή ένα συγκολλημένο μεταλλικό στεγανοποιητικό φυσερό.
Παράδειγμα πεδίου
Ένας θάλαμος έρευνας ημιαγωγών απαιτούσε έναν θερμαντήρα PFA για να διατηρείται 80 μοίρες υπό υψηλό κενό (10-5 mbar). Ένα μόνο στεγανοποιητικό δακτύλιο Ο-προκάλεσε αιχμές πίεσης (10-3 mbar) λόγω διαρροής γύρω από τη φλάντζα του θερμαντήρα. Το σύστημα αναβαθμίστηκε σε μια αντλούμενη διπλή σφράγιση δακτυλίου Ο-(δύο δακτύλιοι Ο-FKM, ενδιάμεση θύρα συνδεδεμένη με μια μικρή αντλία διαφράγματος). Η πίεση του θαλάμου παρέμεινε σταθερή στα 2×10-6 mbar για 6 μήνες. Ο θερμαντήρας χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία για πολλαπλές διαδρομές εναπόθεσης. Το επιπλέον κόστος ήταν 500 $ για την τροποποίηση της φλάντζας και την αντλία.
Περιορισμοί PFA σε Υψηλό Κενό
Ακόμη και με τέλειες στεγανοποιήσεις, το ίδιο το περίβλημα PFA ξεπερνά τα αέρια (απελευθερώνει απορροφημένο νερό, υπολειμματικούς διαλύτες) και είναι διαπερατό στα αέρια. Σε πιέσεις κάτω από 10-6 mbar, η πίεση υποβάθρου θα περιοριστεί με την εξαγωγή αερίων από το PFA (συνήθως 10-6-10-7 mbar). Για εξαιρετικά-υψηλό κενό (UHV,<10⁻⁸ mbar), PFA cannot be used regardless of sealing. For medium to high vacuum (10⁻³ to 10⁻⁶ mbar), PFA with a double O-ring seal is acceptable.
Συμπέρασμα: Ο διπλός δακτύλιος O-με άντληση μειώνει τη διαρροή σε 10-6–10-8 mbar·L/s
Για εφαρμογές υψηλής-κενού έως και 0,01 mbar (10-5 bar), ένα διπλό σύστημα στεγανοποίησης δακτυλίου Ο- σε φλάντζα στερέωσης θερμαντήρα PFA, με τον όγκο στεγανοποίησης μεταξύ- να εκκενώνεται από μια αντλία, μειώνει τους ρυθμούς διαρροής από 10⁻·L⁴mbar (10⁻·L⁴ssing) 10-6–10-8 mbar·L/s. Αυτό είναι αρκετό για τις περισσότερες διαδικασίες μεσαίου και υψηλού{10}}κενού. Το σύστημα δεν εξαλείφει πλήρως τη διαρροή, αλλά τη μειώνει κατά 2–4 τάξεις μεγέθους. Για πιέσεις κάτω των 10⁻6 mbar, εξετάστε τις μεταλλικές στεγανοποιήσεις ή τις ερμητικές μεταβάσεις PFA-σε-μετάλλων. Η διπλή σφράγιση είναι μια πρακτική λύση για φούρνους κενού, θαλάμους επικάλυψης και συστήματα απαέρωσης. Μετατρέπει μια προβληματική φλάντζα σε ένα αξιόπιστο φράγμα. Όχι τέλειο, αλλά κοντά. Για τις περισσότερες-υψηλές ανάγκες σε κενό, είναι αρκετό.
