За приложения с висок-вакуум, изискващи налягания до 0,01 mbar (10⁻⁵ bar), единично уплътнение на О-пръстен върху монтажен фланец на PFA нагревател често е недостатъчно поради проникване през еластомера и микро-изтичане на интерфейса. Уплътнителна система с двоен О-пръстен с междинен вакуумен порт ("изпомпвано" двойно уплътнение) може да намали скоростите на изтичане от 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s (единично уплътнение) до 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s, което е приемливо за повечето процеси с висок{11}}вакуум. Двата О-пръстена създават защитен обем; всеки газ, който изтича през първия О-пръстен, се отстранява от вакуумна помпа, преди да достигне до втория О-пръстен. За най-високи нива на вакуум (10⁻⁷ mbar и по-ниски) е необходим метален-запечатан фланец (стил ConFlat). Системата с двоен О-пръстен не е пълно премахване, а драматично намаляване. Той е много ефективен за среден до висок вакуум (10⁻³ до 10⁻⁶ mbar). За PFA нагревателите допълнителната сложност е оправдана само когато процесът изисква скорости на течове под 10⁻⁵ mbar·L/s.
Пътища за изтичане и функция за двойно уплътнение
В единично уплътнение на О-пръстен (Viton или FFKM) изтичането става по три пътя: (1) проникване на газ през еластомера (10⁻⁵–10⁻⁷ mbar·L/s на cm дължина на уплътнението), (2) микро-канали на интерфейса на фланеца на О-пръстена- (10⁻⁴–10⁻³ mbar·L/s за 100 mm фланец) и (3) самият метален интерфейс PFA- (обвивката на нагревателя, минаваща през фланеца). Едно уплътнение обикновено постига скорост на изтичане от 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s – твърде високо за висок-вакуум.
Системата с двоен О-пръстен добавя втори О-пръстен и вакуумен порт между тях. Пространството между О-пръстените се изпразва от малка спомагателна вакуумна помпа. Всеки газ, който изтече покрай първия О-пръстен, незабавно се изпомпва, като никога не достига втория О-пръстен. Ефективната скорост на изтичане става произведение от: (скорост на изтичане на първо уплътнение) × (скорост на изтичане на второ уплътнение) / (скорост на изпомпване). На практика са постижими нива на теч от 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s.
Сравнение на скоростта на теч за 50 mm PFA нагревателен фланец
| Конфигурация на уплътнението | Материали | Достижима скорост на теч (mbar·L/s) | Подходящо ниво на вакуум | Увеличение на разходите (%) |
|---|---|---|---|---|
| Единичен О{0}}пръстен (компресия) | FKM | 10⁻³–10⁻⁴ | 1–10 mbar (груб вакуум) | 0% |
| Единичен О{0}}пръстен (FFKM, Kalrez) | FFKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1–1 mbar | +10% |
| Единичен О-пръстен с уплътнител за канали (вакуумна грес) | FKM + грес | 10⁻⁵–10⁻⁶ | 0,01–0,1 mbar | +15% |
| Двоен О-пръстен (не-изпомпван) | FKM + FKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1–1 mbar | +20% |
| Двоен О-пръстен (изпомпана, груба помпа) | FKM + FKM | 10⁻⁶–10⁻⁷ | 10⁻⁵–10⁻4 mbar | +35% |
| Двоен О-пръстен (изпомпван, турбо помпа) | FFKM + FFKM | 10⁻⁸–10⁻⁹ | 10⁻⁷–10⁻⁶ mbar | +50% |
| Метално уплътнение (ConFlat, медно уплътнение) | Мед или алуминий | <10⁻¹⁰ | Ултра{0}}висок вакуум | +100% |
| Заварен преход от PFA-към-метал (херметичен) | PFA заварен към метален фланец | <10⁻¹⁰ (through PFA) | Ограничено от PFA проникване | +200% |
Практически монтаж на PFA нагревател
За да приложите уплътнение с двоен О-пръстен на PFA нагревателен фланец за високо-вакуумно обслужване:
Дизайн на фланеца: Фланецът на PFA трябва да има два концентрични жлеба за О-пръстен (разделени на 15–25 mm) от страната на резервоара. Областта между O-пръстените има порт (1/4 инча или 6 mm), свързан към вакуумна помпа (въртяща се перка, способна на 10⁻² mbar).
Материал на О-пръстените: Използвайте FFKM (Kalrez, Chemraz) за химическа съвместимост с агресивни среди. FKM (Viton) е приемлив за не-агресивни изпарения.
Въртящ момент: Затегнете болтовете на фланеца равномерно (звезда), за да компресирате О-пръстените с 20–25% от диаметъра на напречното им сечение.
Изпомпване: Между{0}}обемът на уплътнението трябва да се изпомпва непрекъснато по време на работа. Достатъчна е специална малка вакуумна помпа (10 L/min).
Обвивка на нагревател: Изходната точка на PFA-към-металната сърцевина в студения край е друг потенциален път за изтичане. Използвайте силиконова горна форма (вижте артикул #87) или заварено метално силфонно уплътнение.
Пример за поле
Полупроводникова изследователска камера изисква PFA нагревател за поддържане на 80 градуса при висок вакуум (10⁻⁵ mbar). Единично уплътнение на О-пръстена предизвика пикове на налягането (10⁻³ mbar) поради изтичане около фланеца на нагревателя. Системата беше надстроена до изпомпвано уплътнение с двоен О-пръстен (два FKM О-пръстена, междинен порт, свързан с малка мембранна помпа). Налягането в камерата остава стабилно при 2 × 10⁻⁶ mbar в продължение на 6 месеца. Нагревателят беше успешно използван за многократни отлагания. Допълнителните разходи бяха $500 за модификация на фланеца и помпа.
Ограничения на PFA във висок вакуум
Дори при перфектни уплътнения, PFA обвивката сама отделя газове (освобождава абсорбирана вода, остатъчни разтворители) и е пропусклива за газове. При налягания под 10⁻⁶ mbar фоновото налягане ще бъде ограничено чрез отделяне на газове от PFA (обикновено 10⁻⁶–10⁻⁷ mbar). За ултра-висок вакуум (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.
Заключение: Двоен О-пръстен с изпомпване намалява изтичането до 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s
За приложения с висок-вакуум до 0,01 mbar (10⁻⁵ bar), уплътнителна система с двоен О-пръстен върху монтажен фланец на PFA нагревател, с между-уплътнителен обем, вакуумиран от помпа, намалява скоростите на течове от 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s (единично уплътнение) до 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s. Това е достатъчно за повечето процеси със среден и висок{10}}вакуум. Системата не елиминира напълно изтичането, но го намалява с 2–4 порядъка. За налягания под 10⁻⁶ mbar помислете за метални уплътнения или херметични преходи от PFA-към-метал. Двойното уплътнение е практично решение за вакуумни пещи, камери за нанасяне на покрития и системи за дегазиране. Той превръща проблемния фланец в надеждна преграда. Не перфектно, но близо. За повечето високи-нужди от вакуум е достатъчно.
