برای کاربردهای خلاء زیاد که به فشارهای کمتر از 0.01 mbar (10-5 bar) نیاز دارند، یک حلقه O{3}} روی فلنج نصب بخاری PFA به دلیل نفوذ از الاستومر و ریز{4}}نشت در رابط، اغلب کافی نیست. یک سیستم آب بندی حلقه O{6} دوگانه با یک پورت خلاء میانی (یک درزگیر دوبل پمپ شده) می تواند نرخ نشتی را از 10-3–10-4 mbar·L/s (تک مهر) به 10-6–10-10-10-10-10-10-10 کاهش دهد. دو حلقه O{13}}حجمی محافظت شده ایجاد میکنند. هر گازی که از اولین حلقه O{14}} نشت می کند، قبل از رسیدن به حلقه O{15}} توسط یک پمپ خلاء خارج می شود. برای بالاترین سطوح خلاء (10-7 میلی بار و کمتر)، یک فلنج مهر و موم شده فلزی (سبک ConFlat) مورد نیاز است. سیستم حلقه O{20} دوگانه حذف کامل نیست، بلکه کاهش چشمگیری است. برای خلاء متوسط تا زیاد (10-3 تا 10-6 میلی بار) بسیار موثر است. برای بخاریهای PFA، پیچیدگی اضافی تنها زمانی توجیه میشود که فرآیند به نرخهای نشت کمتر از 10-5 mbar·L/s نیاز داشته باشد.
مسیرهای نشتی و عملکرد مهر و موم دوگانه
در یک مهر و موم O{0}} حلقه (Viton یا FFKM)، نشت از طریق سه مسیر رخ می دهد: (1) نفوذ گاز از طریق الاستومر (10-5-10-7 mbar·L/s در هر سانتی متر طول آب بند)، (2) میکرو{5}کانال در رابط O{7}} (10-4-10-3 mbar·L/s برای فلنج 100 میلی متری)، و (3) خود رابط فلزی PFA (غلاف بخاری که از فلنج می گذرد). یک مهر و موم منفرد معمولاً به نرخ نشتی 10-3-10-4 mbar·L/s دست می یابد - برای خلاء{16} بسیار زیاد.
یک سیستم حلقه O-دو حلقه O-و یک پورت خلاء بین آنها اضافه می کند. فضای بین حلقههای O{3}} توسط یک پمپ خلاء کمکی کوچک تخلیه میشود. هر گازی که از اولین حلقه O-نشت میکند، بلافاصله پمپ میشود و هرگز به حلقه O- دوم نمیرسد. نرخ نشتی موثر حاصل ضرب: (نرخ نشت آب بندی اول) × (نرخ نشت آب بندی دوم) / (سرعت پمپاژ) می شود. در عمل، نرخ نشت 10-6-10-8 mbar·L/s قابل دستیابی است.
مقایسه میزان نشت برای فلنج بخاری PFA 50 میلی متری
| پیکربندی مهر و موم | مواد | نرخ نشت قابل دستیابی (mbar·L/s) | سطح خلاء مناسب | افزایش هزینه (%) |
|---|---|---|---|---|
| حلقه O- تک (فشرده) | FKM | 10⁻³–10⁻⁴ | 1-10 mbar (خلاء خشن) | 0% |
| حلقه O- تک (FFKM، Kalrez) | FFKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0.1-1 mbar | +10% |
| حلقه O- تکی با درزگیر شیار (گریس خلاء) | FKM + گریس | 10⁻⁵–10⁻⁶ | 0.01-0.1 mbar | +15% |
| حلقه O-دوبل (غیر-پمپ دار) | FKM + FKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0.1-1 mbar | +20% |
| دو حلقه O- (پمپ پمپ شده، ناهموار) | FKM + FKM | 10⁻⁶–10⁻⁷ | 10-5-10-4 mbar | +35% |
| دو حلقه O- (پمپ شده، پمپ توربو) | FFKM + FFKM | 10⁻⁸–10⁻⁹ | 10-7-10-6 بار | +50% |
| مهر و موم فلزی (ConFlat، واشر مسی) | مس یا آلومینیوم | <10⁻¹⁰ | خلاء فوق-بالا | +100% |
| PFA جوش داده شده-به-انتقال فلز (هرمتیک) | PFA به فلنج فلزی جوش داده شده است | <10⁻¹⁰ (through PFA) | با نفوذ PFA محدود شده است | +200% |
نصب عملی برای بخاری PFA
برای اجرای یک مهر و موم دوگانه O-روی فلنج بخاری PFA برای سرویس-خلاء بالا:
طراحی فلنج: فلنج PFA باید دارای دو شیار O{0}}هم مرکز (با فاصله ۱۵ تا ۲۵ میلیمتر) در سمت مخزن باشد. ناحیه بین حلقههای O دارای یک پورت (1/4 اینچ یا 6 میلیمتر) است که به یک پمپ خلاء (پره چرخشی، با ظرفیت 10-2 میلیمتر) متصل است.
O-مواد حلقه: از FFKM (Kalrez, Chemraz) برای سازگاری شیمیایی با محیط های تهاجمی استفاده کنید. FKM (Viton) برای بخارهای غیر تهاجمی قابل قبول است.
گشتاور: پیچهای فلنج را بهطور یکنواخت (الگوی ستارهای) محکم کنید تا حلقههای O-به اندازه 20 تا 25٪ قطر مقطع- آنها فشرده شود.
پمپاژ: حجم بین{0}}درزبندی باید به طور مداوم در حین کار پمپاژ شود. یک پمپ خلاء کوچک اختصاصی (10 لیتر در دقیقه) کافی است.
غلاف بخاری: نقطه خروجی PFA-به-به هسته فلزی در انتهای سرد یکی دیگر از مسیرهای نشت احتمالی است. از یک قالب سیلیکونی (به مقاله #87 مراجعه کنید) یا یک مهر و موم فلزی جوش داده شده استفاده کنید.
مثال میدانی
یک محفظه تحقیقاتی نیمه هادی به یک بخاری PFA برای حفظ 80 درجه تحت خلاء بالا (10-5 mbar) نیاز داشت. یک مهر و موم حلقه O{3}} باعث افزایش فشار (10-3 میلیبار) به دلیل نشت در اطراف فلنج بخاری شد. سیستم به یک پمپ دوگانه O- مهر و موم (دو حلقه O- FKM، پورت میانی متصل به یک پمپ دیافراگمی کوچک) ارتقا یافت. فشار محفظه در 2×10-6 mbar به مدت 6 ماه ثابت باقی ماند. بخاری با موفقیت برای اجرای چندین رسوب استفاده شد. هزینه اضافی 500 دلار برای اصلاح فلنج و پمپ بود.
محدودیت های PFA در خلاء بالا
حتی با مهر و موم های کامل، غلاف PFA از گاز خارج می شود (آب جذب شده، حلال های باقیمانده را آزاد می کند) و در برابر گازها نفوذپذیر است. در فشارهای کمتر از 10-6 mbar، فشار پس زمینه با خروج گاز از PFA (معمولاً 10-6-10-7 mbar) محدود می شود. برای خلاء فوق-بالا (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.
نتیجهگیری: حلقه O{0} دوگانه با پمپاژ نشت را به 10-10-8 mbar·L/s کاهش میدهد
برای کاربردهای خلاء بالا تا 0.01 میلی بار (10-5 بار)، یک سیستم آب بندی حلقه O{3} دوبل روی فلنج نصب بخاری PFA، با حجم آب بندی بین{4} تخلیه شده توسط پمپ، نرخ نشت را از 10⁻³ در هر ثانیه به 10-10 کاهش می دهد. 10-6-10-8 mbar·L/s. این برای اکثر فرآیندهای خلاء متوسط و بالا کافی است. این سیستم به طور کامل نشت را از بین نمی برد، اما آن را 2 تا 4 مرتبه بزرگی کاهش می دهد. برای فشارهای کمتر از 10-6 میلی بار، درزگیرهای فلزی یا انتقال هرمتیک PFA{16}}به{17}}فلز را در نظر بگیرید. مهر و موم دوگانه یک راه حل عملی برای کوره های خلاء، محفظه های پوشش و سیستم های گاز زدایی است. یک فلنج مشکل ساز را به یک مانع قابل اعتماد تبدیل می کند. کامل نیست، اما نزدیک است. برای اکثر نیازهای{22}}خلاء بالا، کافی است.
