Eliminuje použití těsnicího systému s dvojitým O-kroužkem na montážní přírubě netěsnost v ohřívačích PFA pro aplikace s vysokým-vakuem (0,01 mbar)?

Kvůli pronikání přes elastomer a mikro-netěsnosti na kontaktu je jeden O-kroužek na montážní přírubě ohřívače PFA někdy nedostatečný pro aplikace s vysokým-vakuem, které vyžadují tlaky až 0,01 mbar (10⁻¹ bar). Rychlost úniku lze snížit z 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (jedno těsnění) na 10⁻◦–10⁻² mbar·L/s (přijatelné pro většinu aplikací s vysokým-vakuem) pomocí dvojitého O-kroužku (systém těsnění otvoru s dvojitým těsněním se středním vakuovým těsněním). Vakuová pumpa odstraní veškerý plyn, který prosákne přes první O-kroužek, než se dostane k druhému O-kroužku, čímž se vytvoří chráněný objem. Pro nejvyšší úrovně vakua (10⁻² mbar a méně) je nezbytná kovová{16}}příruba (typ ConFlat). Systém dvou O-kroužků představuje spíše významné snížení než úplné odstranění. Pro střední až vysoké vakuum (10⁻³ až 10⁻◦ mbar) funguje docela dobře. Mimořádná složitost ohřívačů PFA je zaručena pouze tehdy, když jsou úniky menší než 10⁻² mbar·L/s.

Únikové cesty a mechanismus dvojitého těsnění
Tři cesty vedou k netěsnosti v jediném těsnění O-kroužku (Viton nebo FFKM): (1) pronikání plynu přes elastomer (10⁻³–10⁻³ mbar·L/s na cm délky těsnění); (2) mikro-kanály na rozhraní O-kroužku-příruby (10⁻◦–10⁻³ mbar·L/s pro 100 mm přírubu); a (3) samotné kovové rozhraní PFA{12}} (ohřívací plášť procházející přírubou). Obvykle může jedno těsnění dosáhnout rychlosti úniku 10⁻³–10⁻² mbar·L/s, což je příliš vysoká hodnota pro vysoké vakuum.

Druhý O-kroužek a vakuový port jsou přidány do systému dvou O-kroužků. Malá pomocná vakuová pumpa evakuuje oblast mezi O-kroužky. Jakýkoli plyn, který prosákne za první O-kroužek, je okamžitě odčerpán a nikdy se nedostane do druhého. Součin (míra netěsnosti prvního těsnění) × (míra netěsnosti druhého těsnění) / (rychlost čerpání) je efektivní míra úniku. V praxi jsou proveditelné rychlosti úniku mezi 10⁻² a 10⁻² mbar·L/s.

Porovnání míry netěsnosti pro 50 mm PFA ohřívací příruby
Materiály, konfigurace těsnění, dosažitelná rychlost úniku (mbar·l/s), vhodná úroveň podtlaku a zvýšení nákladů (%)
Kompresní jednoduchý O-kroužek FKM 10⁻³–10⁻¹ 1–10 mbar (hrubé vakuum) 0 %
Jeden O-kroužek (FFKM, Kalrez) FFKM 10⁻◦–10⁻¹ 0,1–1 mbar +10%
FKM + mazivo 10⁻◦–10⁻◦ 0,01–0,1 mbar + 15% jednoduchý O-kroužek s těsněním drážek (vakuové mazivo)
Nečerpaný -dvojitý O-kroužek FKM + FKM 10⁻²–10⁻◦ 0,1–1 mbar + 20 %
Dvojitý O-kroužek (pumpovaný, hrubé čerpadlo) FKM + FKM 10⁻◦–10⁻¹ mbar +35 %
Dvojitý O-kroužek (čerpaný, turbočerpadlo) FFKM + FFKM 10⁻²–10⁻◦ mbar +50%
Kovové těsnění (měděné těsnění, ConFlat) Hliníkové nebo měděné<10⁻¹ +100% Extremely high vacuum
PFA přivařeno ke kovové přírubě<10⁻¹ (through PFA) Welded PFA-to-metal transition (hermetic)PFA permeation limit of +200%
Praktická instalace ohřívače PFA
Chcete-li nainstalovat dvojité těsnění O-kroužku pro vysoký-podtlak na přírubu ohřívače PFA:

Konstrukce příruby: Strana nádrže příruby PFA musí mít dvě soustředné drážky pro O-kroužky, které jsou od sebe vzdálené 15–25 mm. V prostoru mezi O-kroužky je port (1/4 palce nebo 6 mm), který je připojen k vývěvě (rotační lopatka, 10⁻² mbar).

Materiál O{0}}kroužku: Pro chemickou kompatibilitu s nepřátelskými médii použijte FFKM (Kalrez, Chemraz). Pro ne-agresivní páry je vhodný FKM (Viton).

Utahovací moment: Chcete-li stlačit O-kroužky o 20–25 % jejich průřezového-průměru, rovnoměrně utáhněte šrouby příruby ve hvězdicovém vzoru.

Čerpání: Během provozu musí být objem mezi{0}těsněním nepřetržitě pumpován. Stačí mít speciální malou vakuovou pumpu (10 l/min).

Plášť ohřívače: Další možnou cestou úniku je výstupní bod PFA-do{1}}kovového jádra na studeném konci. Použijte vlnovcové těsnění vyrobené ze svařovaného kovu nebo silikonové zalití (viz článek #87).

Příklad v poli
K udržení výzkumné komory polovodičů při 80 stupních při vysokém vakuu (10⁻¹ mbar) bylo zapotřebí ohřívače PFA. Netěsnost kolem příruby ohřívače generovala tlakové špičky (10⁻³ mbar) pomocí jediného těsnění O-. Místo předchozího uspořádání bylo instalováno pumpované dvojité O-kroužky (dva O-kroužky FKM s mezilehlým portem spojeným s malým membránovým čerpadlem). Po dobu šesti měsíců zůstával tlak v komoře konstantní na 2 × 10⁻◦ mbar. S ohřívačem bylo provedeno několik nanášecích běhů. Upgrade čerpadla a příruby byl za příplatek 500 USD.

Omezení PFA ve vysokém vakuu
I při dokonalém utěsnění je samotný plášť PFA propustný pro plyny-a odchází plyny, přičemž uvolňuje absorbovanou vodu a zbytky rozpouštědel. Odplyňování z PFA omezí tlak pozadí při tlacích pod 10⁻² mbar (obvykle 10⁻◦–10⁻² mbar). Bez ohledu na utěsnění nelze PFA použít při ultra-vysokém vakuu (UHV,<10⁻¹ mbar). PFA with a double O-ring seal is suitable for medium to high vacuum (10⁻³ to 10⁻◦ mbar).

Závěrem lze říci, že použití dvojitého O-kroužku a čerpání snižuje únik na 10⁻²–10⁻² mbar·L/s.
Dvojitý těsnící systém O-kroužku na montážní přírubě ohřívače PFA s vnitřním{1}}objemem těsnění odváděným čerpadlem snižuje míru úniku z 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (jedno těsnění) na 10⁻◦–10⁻² pro aplikace s vysokým vakem{1}s.{1}s{1}s. mbar (10⁻¹ bar). Pro většinu procedur se středním a vysokým{10}podtlakem to stačí. Přestože je únik snížen o dva až čtyři řády, není technologií zcela eliminován. Pro tlaky nižší než 10⁻◦ mbar je třeba zvážit kovové těsnění nebo hermetické přechody PFA-na{14}}kov. U vakuových pecí, potahovacích komor a odplyňovacích systémů je dvojité těsnění použitelnou alternativou. Dělá z problematické příruby spolehlivou bariéru. Téměř bezchybné, ale ne tak docela. Je dostačující pro většinu{20}}vysokých požadavků na vakuum.