For høye-vakuumapplikasjoner som krever trykk så lavt som 0,01 mbar (10⁻⁵ bar), er en enkelt O-ringtetning på en PFA-varmermonteringsflens ofte utilstrekkelig på grunn av permeasjon gjennom elastomeren og mikro-lekkasje ved grensesnittet. Et dobbel O--ringforseglingssystem med en mellomliggende vakuumport (en "pumpet" dobbel forsegling) kan redusere lekkasjehastigheter fra 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s (enkelt tetning) til 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s, som er akseptabelt for de fleste{u{uum. De to O-ringene skaper et beskyttet volum; all gass som lekker forbi den første O-ringen fjernes med en vakuumpumpe før den kan nå den andre O-ringen. For de høyeste vakuumnivåene (10⁻⁷ mbar og lavere), kreves en-metallforseglet flens (ConFlat-stil). Det doble O--ringsystemet er ikke en fullstendig eliminering, men en dramatisk reduksjon. Den er svært effektiv for middels til høyt vakuum (10⁻³ til 10⁻⁶ mbar). For PFA-varmere er den ekstra kompleksiteten berettiget kun når prosessen krever lekkasjehastigheter under 10⁻⁵ mbar·L/s.
Lekkasjeveier og dobbel tetningsfunksjon
I en enkelt O-ringforsegling (Viton eller FFKM), skjer lekkasje gjennom tre veier: (1) permeasjon av gass gjennom elastomeren (10⁻⁵–10⁻⁷ mbar·L/s per cm tetningslengde), (2) mikro-kanaler ved O-grensesnittet (10⁻⁴–10⁻³ mbar·L/s for en 100 mm flens), og (3) selve PFA-{12}}metallgrensesnittet (varmekappen som går gjennom flensen). En enkelt forsegling oppnår vanligvis en lekkasjehastighet på 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s – for høy for høyt-vakuum.
Et dobbelt O-ringsystem legger til en andre O-ring og en vakuumport mellom dem. Rommet mellom O--ringene evakueres av en liten hjelpevakuumpumpe. All gass som lekker forbi den første O-ringen pumpes umiddelbart bort, og når aldri den andre O-ringen. Den effektive lekkasjehastigheten blir produktet av: (lekkasjehastighet for første tetning) × (lekkasjehastighet for andre tetning) / (pumpehastighet). I praksis er lekkasjehastigheter på 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s oppnåelige.
Sammenligning av lekkasjehastighet for 50 mm PFA-varmeflens
| Forseglingskonfigurasjon | Materialer | Oppnåelig lekkasjefrekvens (mbar·L/s) | Egnet vakuumnivå | Kostnadsøkning (%) |
|---|---|---|---|---|
| Enkel O-ring (komprimering) | FKM | 10⁻³–10⁻⁴ | 1–10 mbar (grovt vakuum) | 0% |
| Enkel O-ring (FFKM, Kalrez) | FFKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1–1 mbar | +10% |
| Enkel O-ring med sporforsegling (vakuumfett) | FKM + fett | 10⁻⁵–10⁻⁶ | 0,01–0,1 mbar | +15% |
| Dobbel O-ring (ikke-pumpet) | FKM + FKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1–1 mbar | +20% |
| Dobbel O-ring (pumpet, grov pumpe) | FKM + FKM | 10⁻⁶–10⁻⁷ | 10⁻⁵–10⁻⁴ mbar | +35% |
| Dobbel O-ring (pumpet, turbopumpe) | FFKM + FFKM | 10⁻⁸–10⁻⁹ | 10⁻⁷–10⁻⁶ mbar | +50% |
| Metalltetning (ConFlat, kobberpakning) | Kobber eller aluminium | <10⁻¹⁰ | Ultra-høyt vakuum | +100% |
| Sveiset PFA-til-metallovergang (hermetisk) | PFA sveiset til metallflens | <10⁻¹⁰ (through PFA) | Begrenset av PFA-gjennomtrengning | +200% |
Praktisk installasjon for en PFA-varmer
Slik implementerer du en dobbel O-ringtetning på en PFA-varmeflens for høy-vakuumservice:
Flensdesign: PFA-flensen må ha to konsentriske O-ringspor (adskilt med 15–25 mm) på tanksiden. Området mellom O--ringene har en port (1/4 tomme eller 6 mm) koblet til en vakuumpumpe (roterende vinge, i stand til 10⁻² mbar).
O-ringmateriale: Bruk FFKM (Kalrez, Chemraz) for kjemisk kompatibilitet med aggressive medier. FKM (Viton) er akseptabelt for ikke-aggressive damper.
Dreiemoment: Stram flensboltene jevnt (stjernemønster) for å komprimere O-ringene med 20–25 % av tverrsnittsdiameteren.
Pumping: Mellom-forseglingsvolumet bør pumpes kontinuerlig under drift. En dedikert liten vakuumpumpe (10 L/min) er tilstrekkelig.
Varmekappe: PFA-til-utgangspunktet for metallkjerne i den kalde enden er en annen potensiell lekkasjebane. Bruk en overform av silikon (se artikkel #87) eller en sveiset metallbelgforsegling.
Eksempel på felt
Et halvlederforskningskammer krevde en PFA-varmer for å opprettholde 80 grader under høyvakuum (10⁻⁵ mbar). En enkelt O--ringforsegling forårsaket trykktopper (10⁻³ mbar) på grunn av lekkasje rundt varmeflensen. Systemet ble oppgradert til en pumpet dobbel O-ringtetning (to FKM O-ringer, mellomport koblet til en liten membranpumpe). Kammertrykket holdt seg stabilt ved 2×10⁻⁶ mbar i 6 måneder. Varmeapparatet ble brukt for flere avsetningskjøringer. Ekstrakostnaden var $500 for flensmodifikasjonen og pumpen.
Begrensninger av PFA i høyvakuum
Selv med perfekte forseglinger avgir selve PFA-kappen (frigjør absorbert vann, gjenværende løsemidler) og er gjennomtrengelig for gasser. Ved trykk under 10⁻⁶ mbar vil bakgrunnstrykket begrenses ved utgassing fra PFA (typisk 10⁻⁶–10⁻⁷ mbar). For ultra-høyt vakuum (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.
Konklusjon: Dobbel O--ring med pumping reduserer lekkasje til 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s
For høye-vakuumapplikasjoner ned til 0,01 mbar (10⁻⁵ bar), reduserer et dobbel O--ring-tetningssystem på en PFA-varmermonteringsflens, med mellom-tetningsvolumet evakuert av en pumpe, lekkasjehastigheter fra 10⁻⁵-tetning fra 10⁻⁵-tetning til 10 m 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s. Dette er tilstrekkelig for de fleste prosesser med middels og{10}høyt vakuum. Systemet eliminerer ikke lekkasje fullstendig, men reduserer den med 2–4 størrelsesordener. For trykk under 10⁻⁶ mbar bør du vurdere metalltetninger eller hermetiske PFA-til-metalloverganger. Den doble forseglingen er en praktisk løsning for vakuumovner, belegningskamre og avgassingssystemer. Den forvandler en problematisk flens til en pålitelig barriere. Ikke perfekt, men nærme. For de fleste høye-vakuumbehov er det nok.
