بالنسبة لتطبيقات التفريغ العالية- التي تتطلب ضغوطًا منخفضة تصل إلى 0.01 ملي بار (10⁻⁵ بار)، غالبًا ما يكون ختم الحلقة -المفرد على شفة تركيب سخان PFA غير كافٍ بسبب الاختراق عبر المطاط الصناعي والتسرب الصغير- في الواجهة. يمكن لنظام الختم الدائري المزدوج - مع منفذ تفريغ متوسط (ختم مزدوج "مضخ") أن يقلل معدلات التسرب من 10⁻³–10⁻⁴ ملي بار·لتر/ثانية (ختم فردي) إلى 10⁻⁶–10⁻⁸ مليبار·لتر/ثانية، وهو أمر مقبول لمعظم عمليات التفريغ العالية-. الحلقتان-تنشئان مجلدًا محميًا؛ تتم إزالة أي غاز يتسرب بعد حلقة O-الأولى بواسطة مضخة تفريغ قبل أن يصل إلى حلقة O-الثانية. بالنسبة لأعلى مستويات الفراغ (10⁻⁷ ملي بار وأقل)، يلزم وجود شفة معدنية محكمة الغلق (نمط ConFlat). نظام الحلقة المزدوجة-لا يمثل إزالة كاملة ولكنه تقليل كبير. إنه فعال للغاية في حالة التفريغ المتوسط إلى العالي (10⁻³ إلى 10⁻⁶ ملي بار). بالنسبة لسخانات PFA، يكون التعقيد الإضافي مبررًا فقط عندما تتطلب العملية معدلات تسرب أقل من 10 ملي بار · لتر / ثانية.
مسارات التسرب ووظيفة الختم المزدوج
في حلقة مانعة للتسرب -مفردة (Viton أو FFKM)، يحدث التسرب من خلال ثلاثة مسارات: (1) تخلل الغاز من خلال المطاط الصناعي (10⁻⁵–10⁻⁷ مليبار·لتر/ثانية لكل سم من طول الختم)، (2) قنوات - دقيقة في واجهة الحافة -الحلقة- O (10⁻⁴–10⁻³ ملي بار · لتر/ ثانية لشفة 100 مم)، و(3) الواجهة المعدنية PFA- نفسها (غمد السخان الذي يمر عبر الحافة). عادةً ما يحقق الختم الفردي معدل تسرب يبلغ 10⁻³–10⁻⁴ ملي بار·لتر/ثانية - وهو معدل مرتفع جدًا بالنسبة للفراغ العالي-.
يضيف نظام الحلقة الدائرية المزدوجة-حلقة دائرية ثانية-ومنفذ فراغ بينهما. يتم إخلاء المساحة بين الحلقات - بواسطة مضخة تفريغ مساعدة صغيرة. أي غاز يتسرب بعد حلقة الدوران الأولى-يتم ضخه على الفور بعيدًا، ولا يصل مطلقًا إلى حلقة الدوران الثانية-. ويصبح معدل التسرب الفعال حاصل ضرب: (معدل تسرب الختم الأول) × (معدل تسرب الختم الثاني) / (سرعة الضخ). من الناحية العملية، يمكن تحقيق معدلات تسرب تبلغ 10⁻⁶–10⁻⁸ ملي بار·لتر/ثانية.
مقارنة معدل التسرب لشفة سخان PFA مقاس 50 مم
| تكوين الختم | مواد | معدل التسرب الذي يمكن تحقيقه (مليبار·لتر/ثانية) | مستوى فراغ مناسب | زيادة التكلفة (%) |
|---|---|---|---|---|
| حلقة دائرية -مفردة (ضغط) | FKM | 10⁻³–10⁻⁴ | 1-10 ملي بار (فراغ خشن) | 0% |
| حلقة دائرية واحدة- (FFKM، كالريز) | بعثة تقصي الحقائق | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0.1-1 ملي بار | +10% |
| حلقة دائرية -مفردة مزودة بمادة مانعة للتسرب (شحم مفرغ) | FKM + الشحوم | 10⁻⁵–10⁻⁶ | 0.01-0.1 ملي بار | +15% |
| حلقة دائرية- مزدوجة (غير مضخوخة-) | الجبهة الوطنية الكينية + الجبهة الوطنية الكينية | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0.1-1 ملي بار | +20% |
| حلقة دائرية مزدوجة- (مضخة خشنة يتم ضخها) | الجبهة الوطنية الكينية + الجبهة الوطنية الكينية | 10⁻⁶–10⁻⁷ | 10⁻⁵–10⁻⁴ ملي بار | +35% |
| حلقة دائرية مزدوجة- (مضخة توربينية مضخوخة) | FFKM + FFKM | 10⁻⁸–10⁻⁹ | 10⁻⁷–10⁻⁶ ملي بار | +50% |
| ختم معدني (ConFlat، حشية نحاسية) | النحاس أو الألومنيوم | <10⁻¹⁰ | فراغ عالي جدًا-. | +100% |
| ملحومة PFA-إلى-انتقال معدني (محكم) | ملحومة PFA إلى شفة معدنية | <10⁻¹⁰ (through PFA) | محدودة بنفاذ PFA | +200% |
التثبيت العملي لسخان PFA
لتنفيذ سدادة دائرية- مزدوجة على شفة سخان PFA لخدمة التفريغ العالي-:
تصميم شفة: يجب أن تحتوي شفة PFA على تجاويف دائرية -متحدة المركز (مفصولة بمقدار 15-25 مم) على جانب الخزان. تحتوي المنطقة الواقعة بين الحلقات - على منفذ (1/4 بوصة أو 6 مم) متصل بمضخة تفريغ (ريشة دوارة، قادرة على 10⁻² ملي بار).
مادة الحلقة-: استخدم FFKM (Kalrez، Chemraz) للتوافق الكيميائي مع الوسائط العدوانية. يعتبر FKM (Viton) مقبولًا للأبخرة غير العدوانية-.
عزم الدوران: أحكم ربط مسامير الشفة بالتساوي (نمط النجمة) لضغط الحلقات -بنسبة 20-25% من قطر مقطعها العرضي-.
ضخ: يجب ضخ حجم الختم الداخلي-بشكل مستمر أثناء التشغيل. مضخة فراغ صغيرة مخصصة (10 لتر/دقيقة) كافية.
غمد سخان: تعتبر نقطة الخروج من PFA-إلى-النواة المعدنية عند الطرف البارد مسار تسرب محتمل آخر. استخدم قالب السيليكون الزائد (انظر المادة رقم 87) أو ختم منفاخ معدني ملحوم.
مثال ميداني
تتطلب غرفة أبحاث أشباه الموصلات سخان PFA للحفاظ على 80 درجة تحت فراغ عالي (10⁻⁵ ملي بار). تسبب سدادة دائرية واحدة - في حدوث ارتفاعات في الضغط (10⁻³ ملي بار) بسبب التسرب حول شفة السخان. تمت ترقية النظام إلى ختم حلقة O- مزدوج مضخّم (حلقتان FKM O-، منفذ وسيط متصل بمضخة غشاء صغيرة). بقي ضغط الغرفة مستقرًا عند 2×10 ملي بار لمدة 6 أشهر. تم استخدام السخان بنجاح في عمليات الترسيب المتعددة. وكانت التكلفة الإضافية 500 دولار لتعديل الشفة والمضخة.
حدود PFA في الفراغ العالي
حتى مع وجود أختام مثالية، فإن غمد PFA نفسه يطلق الغازات (يطلق الماء الممتص والمذيبات المتبقية) ويكون نفاذيًا للغازات. عند ضغوط أقل من 10⁻⁶ ملي بار، سيتم تحديد الضغط الخلفي عن طريق إطلاق الغازات من PFA (عادة 10⁻⁶–10⁻⁷ ملي بار). بالنسبة للفراغ العالي جدًا- (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.
الاستنتاج: حلقة دائرية مزدوجة مع الضخ تقلل من التسرب إلى 10⁻⁶–10⁻⁸ ملي بار·لتر/ثانية
بالنسبة لتطبيقات التفريغ العالية- التي تصل إلى 0.01 ملي بار (10⁻⁵ بار)، يعمل نظام الغلق الدائري المزدوج - على شفة تثبيت سخان PFA، مع إخلاء حجم الختم الداخلي - بواسطة المضخة، على تقليل معدلات التسرب من 10⁻³–10⁻⁴ ملي بار · لتر/ثانية (ختم فردي) إلى 10⁻⁶–10⁻⁸ ملي بار·لتر/ثانية. يعد هذا كافيًا لمعظم عمليات{10}التفريغ المتوسطة والعالية. لا يقضي النظام على التسرب تمامًا ولكنه يقلله بمقدار 2-4 أوامر من حيث الحجم. بالنسبة للضغوط التي تقل عن 10⁻⁶ ملي بار، فكر في الأختام المعدنية أو التحولات المعدنية PFA-إلى-المحكمية. يعد الختم المزدوج حلاً عمليًا للأفران الفراغية وغرف الطلاء وأنظمة تفريغ الغاز. إنه يحول شفة المشكلة إلى حاجز موثوق. ليست مثالية، ولكنها قريبة. بالنسبة لمعظم-الاحتياجات العالية للفراغ، فهي كافية.
