Utilizarea unui sistem de etanșare cu inel O-dublu pe flanșa de montare elimină scurgerile din încălzitoarele PFA pentru aplicații cu vid înalt{-(0,01 mbar)?

Datorită pătrunderii prin elastomer și micro{0}}scurgerii la contact, un singur inel O-de etanșare pe o flanșă de montare a încălzitorului PFA este uneori insuficientă pentru aplicații cu vid înalt-care necesită presiuni de până la 0,01 mbar (10⁻¹ bar). Ratele de scurgere pot fi reduse de la 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (etanșare simplă) la 10⁻◦–10⁻² mbar·L/s (acceptabil pentru majoritatea aplicațiilor cu vid înalt) cu un sistem de etanșare cu inel O-dublu cu un sistem de etanșare dublu cu etanșare intermediară. O pompă de vid îndepărtează orice gaz care se scurge dincolo de primul inel O-înainte de a ajunge la al doilea inel O-, creând un volum protejat. O flanșă metal-sigilată (tip ConFlat) este necesară pentru cele mai înalte niveluri de vid (10⁻² mbar și mai jos). Sistemul cu două inele O-este mai degrabă o reducere semnificativă decât o eliminare totală. Pentru vid mediu spre mare (10⁻³ până la 10⁻◦ mbar), funcționează destul de bine. Complexitatea suplimentară pentru încălzitoarele PFA este garantată numai atunci când ratele de scurgere sunt mai mici de 10⁻² mbar·L/s.

Căile de scurgere și mecanismul de etanșare dublă
Trei căi duc la scurgeri într-un singur inel O-de etanșare (Viton sau FFKM): (1) pătrunderea gazului prin elastomer (10⁻³–10⁻³ mbar·L/s per cm lungime de etanșare); (2) micro-canale la interfața flanșei inelului O{-(10⁻◦–10⁻³ mbar·L/s pentru o flanșă de 100 mm); și (3) interfața metalică PFA-însuși (teaca încălzitorului care trece prin flanșă). De obicei, o singură etanșare poate atinge o rată de scurgere de 10⁻³–10⁻² mbar·L/s, care este prea mare pentru vid înalt.

Un al doilea inel O-și un port de vid sunt adăugate într-un sistem dublu de inele O-. O mică pompă de vid auxiliară evacuează zona dintre inelele O-. Orice gaz care se scurge dincolo de primul inel O-este pompat imediat și nu ajunge niciodată la al doilea. Produsul (debitul de scurgere al primului etanșare) × (debitul de scurgere al celui de-al doilea etanșare) / (viteza de pompare) este rata efectivă de scurgere. Ratele de scurgere între 10⁻² și 10⁻² mbar·L/s sunt fezabile în practică.

Comparația ratelor de scurgere pentru flanșe de încălzire PFA de 50 mm
Materiale, configurație de etanșare, rata de scurgere realizabilă (mbar·L/s), nivelul de vid adecvat și creșterea costurilor (%)
Un singur inel O-de compresie FKM 10⁻³–10⁻¹ 1–10 mbar (vid brut) 0%
Un singur inel O-(FFKM, Kalrez) FFKM 10⁻◦–10⁻¹ 0,1–1 mbar +10%
FKM + unsoare 10⁻◦–10⁻◦ 0,01–0,1 mbar + 15% inel O-unic cu etanșant pentru caneluri (unsoare de vid)
Inel O-dublu ne-pompat FKM + FKM 10⁻²–10⁻◦ 0,1–1 mbar + 20%
Inel O-dublu (pompată, pompă brută) FKM + FKM 10⁻◦–10⁻¹ mbar +35%
Inel O-dublu (pompat, pompa turbo) FFKM + FFKM 10⁻²–10⁻◦ mbar +50%
Garnitură metalică (garnitură de cupru, ConFlat)Aluminiu sau cupru<10⁻¹ +100% Extremely high vacuum
PFA sudată pe flanșă metalică<10⁻¹ (through PFA) Welded PFA-to-metal transition (hermetic)PFA permeation limit of +200%
Instalarea unui încălzitor PFA în mod practic
Pentru a instala o etanșare dublă-O-pentru o utilizare în vid-înaltă pe o flanșă de încălzire PFA:

Designul flanșei: partea rezervorului a flanșei PFA trebuie să aibă două caneluri concentrice pentru inele O-la distanță de 15–25 mm. Există un orificiu (1/4 inch sau 6 mm) în spațiul dintre inelele O-care este conectat la o pompă de vid (paletă rotativă, 10⁻² mbar).

Materialul inelului O-: pentru compatibilitatea chimică cu mediile ostile, utilizați FFKM (Kalrez, Chemraz). Pentru vaporii ne-agresivi, FKM (Viton) este adecvat.

Cuplu: pentru a comprima inelele O-cu 20–25% din diametrul-secțiunii lor transversale, strângeți uniform șuruburile flanșei în formă de stea.

Pompare: pe tot parcursul funcționării, volumul inter-de etanșare trebuie pompat continuu. Este adecvat să aveți o pompă mică de vid specializată (10 L/min).

Învelișul încălzitorului: o altă cale posibilă de scurgere este punctul de ieșire PFA-la-miezul metalic la capătul rece. Folosiți o etanșare cu burduf din metal sudat sau o supramultă din silicon (vezi articolul #87).

Exemplu în câmp
A fost necesar un încălzitor PFA pentru a menține o cameră de cercetare a semiconductorilor la 80 de grade la vid înalt (10⁻¹ mbar). Scurgerile din jurul flanșei încălzitorului au generat vârfuri de presiune (10⁻³ mbar) folosind un singur inel O-. În locul aranjamentului anterior a fost instalată o etanșare dublă cu inel O-(două inele O{-FKM cu un orificiu intermediar legat de o pompă cu diafragmă minusculă). Timp de șase luni, presiunea din cameră a rămas constantă la 2 x 10⁻◦ mbar. Cu încălzitorul au fost efectuate mai multe curse de depunere. Modernizarea pompei și a flanșei a venit la un cost suplimentar de 500 USD.

Restricțiile PFA în vid înalt
Chiar și cu o etanșare perfectă, învelișul PFA în sine este permeabil la gaz-și degajă gaze, eliberând apă absorbită și solvenți reziduali. Degazarea din PFA va limita presiunea de fond la presiuni sub 10⁻² mbar (de obicei 10⁻◦–10⁻² mbar). Indiferent de etanșare, PFA nu poate fi utilizat la vid ultra-înalt (UHV,<10⁻¹ mbar). PFA with a double O-ring seal is suitable for medium to high vacuum (10⁻³ to 10⁻◦ mbar).

În concluzie, utilizarea unui inel O-dublu și pomparea reduce scurgerea la 10⁻²–10⁻² mbar·L/s.
Un sistem dublu de etanșare a inelului O-pe o flanșă de montare a încălzitorului PFA, cu volumul inter-de etanșare evacuat de o pompă, reduce ratele de scurgere de la 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (etanșare unică) la 10⁻◦–10⁻² pentru aplicații în jos la vacuum{·10⁻²} 0,01 mbar (10⁻¹ bar). Pentru majoritatea procedurilor de vid mediu și înalt{10}, acest lucru este suficient. Deși scurgerea este redusă cu două până la patru ordine de mărime, aceasta nu este eliminată în totalitate de tehnologie. Etanșarea metalică sau tranzițiile ermetice PFA-la-metal ar trebui luate în considerare pentru presiuni mai mici de 10⁻◦ mbar. Pentru cuptoarele cu vid, camerele de acoperire și sistemele de degazare, etanșarea dublă este o alternativă viabilă. Transformă o flanșă supărătoare într-o barieră de încredere. Aproape impecabil, dar nu chiar. Este suficient pentru majoritatea cerințelor de-vid înalt.