L'ús d'un sistema de segellat de doble junta tòrica-a la brida de muntatge elimina les fuites dels escalfadors de PFA per a aplicacions d'alt-buit (0,01 mbar)?

A causa de la penetració a través de l'elastòmer i de les micro-fuites al contacte, un sol segell d'anell O-en una brida de muntatge de l'escalfador de PFA és de vegades insuficient per a aplicacions d'alt-buit que necessiten pressions tan baixes com 0,01 mbar (10⁻¹ bar). Les taxes de fuites es poden reduir de 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (segell únic) a 10⁻◦–10⁻² mbar·L/s (acceptable per a la majoria d'aplicacions de buit alt-) amb un sistema de segellat de doble anell O- amb un sistema de segellat de doble segell intermedi (aspiració de doble segell). Una bomba de buit elimina qualsevol gas que es filtra més enllà del primer-anell tòric abans que pugui arribar al segon-anell tòric, creant un volum protegit. Per als nivells de buit més alts (10⁻² mbar i per sota) és necessària una brida-segellada metàl·lica (tipus ConFlat). El sistema de dues juntes tòriques és una reducció significativa més que una eliminació total. Per al buit mitjà a alt (10⁻³ a 10⁻◦ mbar), funciona força bé. La complexitat addicional dels escalfadors de PFA només es garanteix quan les taxes de fuites són inferiors a 10⁻² mbar·L/s.

Rutes de fuites i mecanisme de doble segell
Tres vies condueixen a fuites en un únic segell de junta tòrica (Viton o FFKM): (1) permeació de gas a través de l'elastòmer (10⁻³–10⁻³ mbar·L/s per cm de longitud del segell); (2) micro-canals a la interfície de la brida-O--(10⁻◦–10⁻³ mbar·L/s per a una brida de 100 mm); i (3) la pròpia interfície de metall PFA-(la funda de l'escalfador que passa per la brida). Normalment, un sol segell pot assolir una velocitat de fuites de 10⁻³–10⁻² mbar·L/s, que és massa alta per a un buit elevat.

S'afegeix un segon anell tòric-i un port de buit en un sistema-doble. Una petita bomba de buit auxiliar evacua l'àrea entre les -anelles tòriques. Qualsevol gas que es filtra més enllà de la primera-anella tòrica es bombeja immediatament i mai arriba a la segona. El producte de (taxa de fuites del primer segell) × (taxa de fuites del segon segell) / (velocitat de bombeig) és la taxa de fuites efectiva. Les taxes de fuites entre 10⁻² i 10⁻² mbar·L/s són factibles a la pràctica.

Comparació de les taxes de fuites per a brides d'escalfador de PFA de 50 mm
Materials, configuració del segell, taxa de fuites assolible (mbar·L/s), nivell de buit adequat i augment de costos (%)
Anell tòric de compressió únic-FKM 10⁻³–10⁻¹ 1–10 mbar (buit rugós) 0%
Anell tòric individual- (FFKM, Kalrez) FFKM 10⁻◦–10⁻¹ 0,1–1 mbar +10%
FKM + greix 10⁻◦–10⁻◦ 0,01–0,1 mbar + 15% junta tòrica única- amb segellador de ranures (greix al buit)
Anell tòric doble no-bombat- FKM + FKM 10⁻²–10⁻◦ 0,1–1 mbar + 20%
Doble junta tòrica-(bombada, bomba rugosa) FKM + FKM 10⁻◦–10⁻¹ mbar +35%
Doble junta tòrica- (bombada, bomba turbo) FFKM + FFKM 10⁻²–10⁻◦ mbar +50%
Segell metàl·lic (junta de coure, ConFlat)Alumini o coure<10⁻¹ +100% Extremely high vacuum
PFA soldat a brida metàl·lica<10⁻¹ (through PFA) Welded PFA-to-metal transition (hermetic)PFA permeation limit of +200%
Instal·lació pràctica d'un escalfador PFA
Per instal·lar una junta tòrica doble-per a un servei de buit elevat-en una brida d'escalfador de PFA:

Disseny de la brida: el costat del dipòsit de la brida de PFA ha de tenir dues ranures concèntriques de l'anell O{0}}que estiguin separades entre 15 i 25 mm. Hi ha un port (1/4 de polzada o 6 mm) a l'espai entre les anelles O-que està connectat a una bomba de buit (apa rotativa, 10⁻² mbar).

Material de la junta tòrica-: per a la compatibilitat química amb mitjans hostils, utilitzeu FFKM (Kalrez, Chemraz). Per a vapors no-agressius, FKM (Viton) és adequat.

Parell de torsió: per comprimir les anelles O-en un 20-25% del seu diàmetre de secció transversal-, premeu uniformement els cargols de la brida en un patró d'estrella.

Bombeig: durant tota l'operació, el volum entre-segell s'ha de bombejar contínuament. És adequat tenir una petita bomba de buit especialitzada (10 L/min).

Beina de l'escalfador: un altre camí possible de fuites és el PFA-al-punt de sortida del nucli metàl·lic a l'extrem fred. Utilitzeu un segell de manxa fet de metall soldat o un sobreemmotllament de silicona (vegeu l'article #87).

Exemple al camp
Es necessitava un escalfador de PFA per mantenir una cambra de recerca de semiconductors a 80 graus a un buit elevat (10⁻¹ mbar). Les fuites al voltant de la brida de l'escalfador van generar pics de pressió (10⁻³ mbar) mitjançant un únic segell de junta tòrica. Es va instal·lar un segell d'anell O-doble bombat (dos anells O- FKM amb un port intermedi connectat a una petita bomba de diafragma) en lloc de la disposició anterior. Durant sis mesos, la pressió de la cambra es va mantenir constant a 2 × 10⁻◦ mbar. Es van realitzar diverses proves de deposició amb l'escalfador. L'actualització de la bomba i la brida va tenir un cost addicional de 500 dòlars.

Restriccions de PFA en alt buit
Fins i tot amb un segellat impecable, la pròpia funda de PFA és permeable al gas-i desgasta, alliberant l'aigua absorbida i les restes de dissolvents. La desgasificació del PFA limitarà la pressió de fons a pressions inferiors a 10⁻² mbar (normalment 10⁻◦–10⁻² mbar). Independentment del segellat, el PFA no es pot utilitzar al buit ultra-(UHV,<10⁻¹ mbar). PFA with a double O-ring seal is suitable for medium to high vacuum (10⁻³ to 10⁻◦ mbar).

En conclusió, l'ús d'un doble anell O-i el bombeig redueix les fuites a 10⁻²–10⁻² mbar·L/s.
Un sistema de segellat de doble junta tòrica en una brida de muntatge de l'escalfador de PFA, amb el volum inter-de segell evacuat per una bomba, redueix les taxes de fuites de 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (segell únic) a 10⁻◦–10⁻² per a aplicacions de buit a baix{·10⁻²/s². 0,01 mbar (10⁻¹ bar). Per a la majoria dels procediments de buit mitjà i alt{10}}, això és suficient. Tot i que les fuites es redueixen entre dos i quatre ordres de magnitud, la tecnologia no les elimina del tot. El segellat metàl·lic o les transicions de PFA-a-metall hermètics s'han de considerar per a pressions inferiors a 10⁻◦ mbar. Per a forns de buit, cambres de recobriment i sistemes de desgasificació, el doble segell és una alternativa viable. Converteix una brida problemàtica en una barrera fiable. Gairebé impecable, però no del tot. És suficient per a la majoria dels requisits d'alt-buit.