Vakuumisulku O-sigelit ei voida valita pelkästään "materiaali + mitat + kovuus" -perusteella. Tyhjiöolosuhteissa tiivisteen epäonnistuminen ei useinkaan ole yksinkertainen vuoto, vaan kaasukuorma, joka muodostuu todellisesta vuotosta, kumimateriaalin läpäisykyvystä, materiaalin kaasunpurkautumisesta, pinnan saastumisesta, voiteluaineen haihtumisesta ja uran rakenteen tyhjenemisestä. Korkean tyhjiön, erittäin korkean tyhjiön, puolijohde-, pinnoitus-, spektroskopia- ja optisen kaviteetin asiakkailla vastastrategian tulisi siirtyä kysymyksestä "kestääkö painetta" kysymykseen "voidaanko kokonaiskaasukuorma ja saastumisvaara hallita."

1. Tyhjiö-O-renkaiden keskeinen huolenaihe: ei paine, vaan kaasukuorma

Tavallisissa hydrauli- ja pneumatiikkatiisteissä keskitetään pääasiassa paine-eroa, kulumisvastusta ja väliaineen yhteensopivuutta; tyhjiötiisteiden tulisi keskittyä enemmän:

Ensimmäinen, todellinen vuoto. Liitosreuna, ura, naarmut, koneistusjäljet ja jääneet hiukkaset muodostavat mikrokanavan tiivistysrenkaan ulkopuolelle. Kaasu vuotaa tämän pienen raon läpi helpommin kuin neste, joten tyhjiötiivistystä suunniteltaessa on kiinnitettävä erityistä huomiota tiivistyspinnan laatuun. Parker tyhjiötiivistysmateriaalin valinta osoittaa selvästi, että kaasu- tai mikrorakojen pinnankarkeus on erityisen herkkä tyhjiötiivistysuraan, ja suositellaan tiivistyskosketuspinnan käyttävän 16 RMS -luokkaa sekä välttävän kohtisuoria koneistusviivoja, jotka leikkaavat tiivistyslinjaa.

Toiseksi, läpäisy. Jopa ilman mekaanisia vikoja kaasu voi muodostaa suuren kaasukuorman diffundoitumalla kumimaisen rakenteen läpi tyhjiön alapaineiselle puolelle. Kurt J. Leskerin tekniset ohjeet toteavat, että kumin läpäisykyky mahdollistaa kaasun diffuusion ja laajenemisen alhaisessa paineessa; läpäisynopeus vaihtelee lämpötilan, paineen, kaasun tyypin ja kumin tyypin mukaan. Myös Pfeiffer mainitsee, että kumitiivisteet ovat perinteisesti hieman läpäisevämpiä, ja jopa silloinkin, kun järjestelmässä ei ole ilmeisiä vuotoja, kumitiivisteet voivat itse vaikuttaa tyhjiön rajapaineeseen.

Kolmanneksi, kaasun vapautuminen ja haihtuvat aineet. Alhaisen molekyylipainon aineet, pehmitinaineet, kovettumaton jäännös ja adsorboitunut kosteus O-renkaissa desorboituvat korkean tyhjiön vaikutuksesta. NASAn materiaalien kaasun vapautumisen tietokanta käyttää ASTM E595 -menetelmää arvioidakseen kokonaismateriaalin menetyksen todellisessa tyhjiöympäristössä (TML) ja uudelleenkondensoituvien haihtuvien aineiden (CVCM) määrän, yleisesti käytetyt ohjearvot ovat TML ≤ 1 % ja CVCM ≤ 0,1 %, mutta tämä vastaus on yleinen teollinen puhdistusvertailuarvo, ei jotakin, johon kaikki teolliset tyhjiötilanteet noudattaisivat tiukkoja noudattamisvaatimuksia.

Neljänneksi, saastuminen. Puolijohde-, pinnoitus-, spektroskopia- ja optisten peilien sovellukset pelkäävät eniten ei "hieman kaasun vuotamista", vaan haihtuvien aineiden sedimentoitumista piirisilikoille, kohteille, optisten linssien pinnalle, kosketuspisteisiin ja analyysikammioihin. Parker ilmoittaa, että tyhjiössä joitakin elastomeeriseosten öljytyyppejä tai niiden komponentteja voi siirtyä ja muodostaa ohuita kalvoja läheisille pinnoille, mikä aiheuttaa herkän pinnan laadun heikkenemisen.

2. Määritä ensin tyhjiön laatu ja hyväksyntäkriteerit

Valintaa ennen on asiakkaalta kysyttävä kolme indikaattoria:

Mikä on tavoitteellinen käyttöpaine ja rajapaine?

Alhaisen tyhjiön ja karkean tyhjiön laitteet kestävät suhteellisen suurempia kaasukuormia; korkean tyhjiön laitteet, jotka ylittävät korkean tyhjiön järjestelmät, ovat herkkiä tämän läpäisyn rajoitukselle. Pfeifferin esimerkki osoittaa: DN 500 ISO-K-liitoksessa FKM-tiiviste renkaan läpäisykaasukuorma voi muodostua painerajoituksen pullonkaulaksi tyhjiössä ilmassa ja 60 %:n kosteusolosuhteissa, ja huomauttaa, että FKM-joustavan tiivisteen läpäisykaasukuorman arvo voi olla suuruusluokkaa 4×10⁻⁷ Pa·m³/s.

Mikä on sallittu vuotoprosentti?

Tyhjiön tiukkuuden testaamiseen käytetään yleisesti yksiköitä mbar·L/s tai SI-yksikköä Pa·m³/s. Pfeifferin vuodonmittausohjeissa mainitaan myös, että heliumpohjaisessa vuodon havaitsemisessa yleisin yksikkö on mbar·L/s tai Pa·m³/s. Leyboldin vuodon havaitsemistiedot osoittavat, että eri tyhjiöluokkien sallittu vuomäärä vaihtelee huomattavasti: alhainen tyhjiö voi hyväksyä täysin tiukkuudeton tilanteen; esimerkiksi <10⁻⁷ mbar·L/s voidaan kutsua "kaasutiukaksi", kun taas <10⁻¹⁰ mbar·L/s on lähempänä ilmaisua "absoluuttinen tiukkuus".

Onko kyseessä painekasvutesti vai heliummassaspektrometrinen vuodon havaitseminen?

Painekasvutestausta voidaan arvioida kokonaiskaasukuormaa yksikköajassa astian paineen nousun perusteella; jos painekasvukäyrä lähestyy divergenssia, todennäköisemmin kyseessä on todellinen vuoto; jos käyrä lähestyy suoraa viivaa, mutta suppenee hitaammin, todennäköisemmin kyseessä on kaasukuorma. Leyboldin vertailu painekasvutestausta ja läpäisyyn/kaasun vapautumiseen liittyvien käyrien eroista on myös selkeästi esitetty, ja siinä huomautetaan, että kaasukuorman mittaaminen tarkasti vaatii yleensä heliumvuototutkintalaitteita, kun kuorma on alle 10⁻⁶ mbar·L/s.

3. Materiaalin valinta: ei riitä pelkästään tarkastella "FKM/Viton"-merkintää

3.1 FKM: oletusvalinta useimmissa korkean tyhjiön laitteissa

FKM-fluoriyhdistetty kumi on yksi yleisimmistä tyhjiösovelluksissa käytetyistä materiaaleista O-renkaat materiaalit, jotka soveltuvat useimpiin korkean tyhjiön laitteisiin, mittauslaitteisiin, pinnoituslaitteisiin, tyhjiöpumppujen liitännöihin, tarkkailuikkunoihin, KF/ISO-liitosten staattisiin tiivistyksiin jne. Kurt J. Lesker mainitsee, että FKM on yksi laajimmin käytetyistä tyhjiötiivistyselastomeereistä, jolla on hyvä korkean lämpötilan kestävyys, otsonikestävyys, happikestävyys ja monien öljyjen/liuottimien yhteensopivuus sekä suhteellisen alhainen kaasun läpitunkevuus, mutta sen alhaisen lämpötilan suorituskyky on yleensä heikompi.

FKM-valinnassa on korostettava "tyhjiöluokan FKM":tä tai "alhaisen kaasun vapautumisen FKM":tä, ei tavallista teollisuuden FKM:tä. Tavallinen FKM voi aiheuttaa edelleen korkeampaa kaasun vapautumista tyhjiöjärjestelmissä, jos se ei ole riittävästi jälkikovannettu, sen pinnalla on muottierottaja tai se sisältää haihtuvia aineita tai pakkauskontaminaatioita.

Soveltuvat skenaariot: korkean tyhjiön kammio, pinnoituslaitteet, laboratoriolaitteet, tyhjiöpumppujen liitännät, tavalliset puolijohde-apukammiot.

Riskipisteet: voimakas ioni, voimakas korroosio, korkealämpöinen kuumennus, korkean puhtauden optinen spektrilaitteisto – vaatii lisävarmistusta tai päivitystä.

3.2 FFKM: puolijohde-, syövyttävän kaasun ja korkealämpöisen prosessin etusijainen harkinnan kohteena

FFKM-perfluoroelastomeeri soveltuu korkealämpöisiin, voimakkaasti syövyttäviin, plasma- ja puolijohdekaiverrus/saostusprosesseihin sekä muihin ankariin olosuhteisiin. Kurt J. Leskerin selitys Kalrez 4079 -tuotteesta mainitsee, että sitä käytetään monissa kuivissa ja kosteissa puolijohdeprosessiympäristöissä, sillä se tarjoaa erinomaisen kemiallisen kestävyyden ja lämpövakauden sekä suhteellisen alhaisen häviön reaktiivisessa plasmassa.

Soveltuvat skenaariot: puolijohdekaiverrus, CVD/PVD, ALD, syövyttävät prosessikaasut, usein toistuva korkealämpöinen kuumennusjakso.

Riskipisteet: korkea hinta; eri FFKM-muodostelmien erot ovat merkittäviä – metalli-ionitaso, alhainen metallipitoisuus, alhainen hiukkaspitoisuus ja alhainen kaasunpurkautuminen sekä muut vaadittavat luokat on määriteltävä tarkasti.

3.3 EPDM: vesihöyryä, otsonia, höyryä ja joitakin radioaktiivisia skenaarioita voidaan harkita

EPDM-sovellusalueeseen kuuluvat vesi, höyry, otsoni ja joitakin säteilyyn liittyviä ympäristöjä. Parkerin tyhjiötiivistysmateriaaliksi suositeltava EPDM on tarkoitettu kuumalle vedelle, höyrylle tai säteilyyn altistuville tilanteille. Kurt J. Lesker mainitsee myös, että EPDM kestää hyvin vettä, höyryä, otsonia, säätä ja ikääntymistä sekä mineraaliöljyjä, polttoaineita ja hiilivetyjä sisältäviä nesteitä, mutta se ei ole öljykestävä.

Soveltuvat skenaariot: vesihöyryn määrä on suhteellisen korkea, otsoni, höyrypuhdistus ja osittainen säteilyaltistus.

Riskikohtapisteet: EPDM ei sovellu käytettäväksi tyhjiöpumpun öljyn, hiilivetyliuosten tai öljypisarojen kanssa.

3.4 NBR: edullinen, mutta ei soveltu korkean puhtauden vaativiin tai vaativiin tilanteisiin

NBR-nitriilirubberia käytetään yleisesti edullisissa tyhjiötiukkuussovelluksissa, esimerkiksi tavallisessa tyhjiössä, alhaisessa tyhjiössä, yleisten laitteiden oven tiukkuussoleissa ja epäpuhtaiden ympäristöjen sovelluksissa. Se ei kuitenkaan ole suositeltava materiaali korkeassa tyhjiössä tai erittäin korkeassa tyhjiössä. Kurt J. Lesker huomauttaa, että NBR on yksi suhteellisen edullisista standardimateriaaleista tyhjiösovelluksissa, mutta sen vesihöyryn läpäisyaste on noin 20-kertainen verrattuna FKM:ään, eikä sitä tule käyttää happi- tai happiplasma-prosesseissa.

Soveltuvat skenaariot: karkea tyhjiö, alhainen tyhjiö, yleiset koneistotyökalut, kustannustehokkuutta vaativat laitteet.

RisKipisteet: vesihöyry, otsoni, happi-ionit, korkea puhtausvaatimus, korkean tyhjiön rajapaineen vaatimukset.

3.5 Silikonihammas VMQ: hyvä alhaisen lämpötilan pehmeys, mutta tyhjiöläpäisy ja ulosvirtaus vaativat varovaisuutta

Silikonikumi, joka kestää alhaisia lämpötiloja, on pehmeä ja soveltuu joissakin alhaisen lämpötilan tiivistystarkoituksiin tai ei-saastumisherkkiin sovelluksiin, mutta korkean tyhjiön järjestelmissä vaaditaan varovaisuutta. Kurt J. Lesker huomauttaa, että silikoni-kumin vesihöyryn läpäisyaste on noin 200-kertainen verrattuna FKM-kumiin, ja pitkäaikainen korkean lämpötilan altistus voi aiheuttaa joustavuuden heikkenemistä, kovettumista ja tarttuvuusongelmia.

Soveltuvat käyttötapaukset: alhaiset lämpötilat, korkea pehmeysvaatimus, tyhjiöluokka ei ole erinomainen, saastumisriski hyväksytty.

Ris-koaluet: vesihöyryn läpäisy, haihtuvat aineet, puolijohde-/optinen saastuminen, pitkäaikainen korkean lämpötilan puristus.

3.6 Butyylikumi (IIR): alhainen kaasun läpäisy, mutta käyttöolosuhteiden alue on kapeampi

Butyylirubberin kaasun läpäisynopeus on alhainen, mikä tekee siitä arvokkaan materiaalin perinteisessä tyhjiötiukentamisessa. Parker Materials kertoo, että butyylirubberin ominaisuus soveltua pitkäaikaisesti tyhjiötiukentamiseen johtuu pääasiassa sen erinomaisesta vastustuksesta kaasun läpäisylle sekä alhaisesta kaasun vapautumisesta (outgassing), pienestä massahäviöstä ja hyvästä kosteudenkestävyydestä. Mutta butyylirubberin soveltuvuus korkeissa lämpötiloissa, kemiallisissa aineissa, säteilyssä ja prosesseissa ei ole yhtä laaja kuin FKM:n/FFKM:n, joten sovelluksen yhteydessä vaaditaan asianmukaista varmistusta.

Soveltuvat käyttötapaukset: staattinen tyhjiö, kaasun läpäisyn minimointi eteenpäin, lämpötila ja kemiallinen ympäristö kohtalaiset.

RisKipisteet: korkeat lämpötilat, happo, voimakkaat hapettimet, otsoni ja erityisprosessit.

3.7 Milloin kumirenkaita ei saa käyttää?

Jos asiakas vaatii erinomaista tyhjiötä, pitkäaikaista korkealämpöistä kuumennusta, äärimmäistä puhtautta, voimakkaita säteilykuormia, äärimmäistä läpäisytä tai erinomaisen alhaista rajapainetta, tulee harkita metallitiivisteitä, kuten CF-kaupunkikuparitiivisteitä, indiumlankaa, elastomeerejä, metalli-C-renkaita ja metalli-O-renkaita jne. Pfeiffer mainitsee selvästi, että korkean tyhjiön, pitkän käyttöiän, voimakkaan säteilykuorman tai erinomaisen läpäisyn vaativissa sovelluksissa on käytettävä metallitiivisteitä eikä elastomeerejä.

4. Kuinka määrittää puristussuhde: Tyhjiötiivistys vaatii yleensä enemmän puristusta kuin tavallinen staattinen tiivistys

Tyhjiö-O-renkaan puristusmäärä vaikuttaa suoraan vuotoprosenttiin. Parkerin tyhjiö-O-renkaan testiohjeet osoittavat, että päätytason tiivistyksessä puristusmäärän nostaminen vähentää selvästi vuotoa; sen mekanismi on kaasun kulkuurun pituuden kasvattaminen, kaasun sisääntulopinnan pinta-alan pienentäminen ja kumien parempi täyttö metallipinnan mikroepäkohdista.

Kuitenkaan puristussuhde ei ole sitä parempi, mitä suurempi se on. Liian suuri puristus voi aiheuttaa O-renkaan liiallisen puristumisen, uran täyttöasteen liian korkean, lämpölaajenemiselle ei jää tilaa, pysyvän muodonmuutoksen nopeamman kasvun ja myöhempänä käänteisen vuodon. Parker muistuttaa myös, että äärimmäinen puristus voi aiheuttaa paineen liiallisen puristumisen; jos pinnan puristussuhdetta nostetaan käyttämällä pintavuorattua uraa, urassa on oltava riittävästi tilaa O-renkaan tilavuuden sijoittamiseen.

Käytännössä tämä voidaan ymmärtää seuraavasti:

Parkerin tyhjiöpinnan urasuunnittelutaulukossa eri poikkileikkauksisten O-renkaiden puristussuhteet kattavat karkeasti 19–32 prosentin alueen; tarkat mitat on laskettava poikkileikkauksen, uran syvyyden, uran leveyden sekä sisäisen/ulkoisen tyhjiön suunnan ja kokoonpanomuodon mukaan.

5. Pinnankarheus: Tärkeämpi seikka kuin asiakkaat yleensä kuvittelevat.

Tyhjiötiivistystä pelätään eniten naarmuja ja työkalujälkiä tiivistyslinjan yli. Vaikka O-renkaan materiaali olisi oikea, myös liitoslevyn pinnalla olevat poikittaiset urat, naarmut tai hiukkasten jäljet voivat aiheuttaa "näkymättömän vuodon".

Parker suosittelee tyhjiötiukentavan liitoksen tiivistepinnan käsittelemistä kehäviivaisella sorvauksella ja välttää viivoja, jotka ovat kohtisuorassa O-renkaan tiivistysviivan suhteen. Kurt J. Lesker huomauttaa myös, että metalli- tai lasipinnan vaurio, joka kulkee O-renkaan kosketusalueen poikki – esimerkiksi työkalulla aiheutuneet naarmut – ulkoiselta puolelta tyhjiöpuolelle voivat aiheuttaa vuotoja.

Käytännön suositukset:

Tiivistyskosketuspinnalla tulee selvästi merkitä karheus; pelkkä ilmaisu "konepintainen" ei riitä. Korkean tyhjiön päätytiivistys voi perustua 16 RMS -luokkaan; jos piirustuksessa käytetään Ra-arvoa, tulee varmistaa asiakkaan kanssa muunnos ja hyväksyntämenetelmä – RMS- ja Ra-arvoja ei saa yhtäläistää mekaanisesti. Uurin pohja, uurin sivut ja liitosliittimen yhdistämisalue tulee tarkistaa terävistä reunoista, leikkausjäljistä, korroosion kuopista ja karkeiden hiukkasten aiheuttamista painaumista.

6. Rakenteelliset valinnat: päätytasoisen staattisen tiivisteen ja säteellisen staattisen tiivisteen välinen valinta

Tyhjiötilanteessa staattinen tiiviste on suositeltavaa toteuttaa ensisijaisesti päätytason tiivisteenä (face seal). Päätytason tiiviste mahdollistaa vakaaan puristukseen perustuvan tiivisteen muodostamisen helpommin, ja se on myös helpommin tarkistettavissa heliumtestausta varten sekä puhdistettavissa. Parker suosittelee staattisen tyhjiötiivisteen toteuttamista ensisijaisesti päätytason uralla tai päätytason tiivisteenä (face seal) käyttäen sopivaa tyhjiöluokkaa ja korkeampaa puristusmäärää; jos säteittäistä tiivistettä (radial seal) tai reitin tiivistettä (path seal) on käytettävä, niiden suorituskyky ei ole yhtä hyvä.

Kiilaurat ovat soveltuvia oven tiivistykseen ja pystysuoraan tiivistykseen, kun huollon ajat halutaan lyhentää. Niiden ominaisuus on pieni vaadittava pinta-ala, mutta ne eivät ole ystävällisiä lämpölaajenemiselle eikä materiaalin liuottimenkestävyydelle. Parker mainitsee myös, että kiilaura on harvoin käytössä mikroelektroniikkateollisuuden ulkopuolella, koska sen muoto rajoittaa tyhjiötilan kokoa, lämpötila-alueen, toleranssien ja laadun liukoisuuden tilaa.

Kaksois-O-renkaat eivät ole luonnostaan parempia, kuten Kurt J. Lesker selvästi toteaa: jos kahden O-renkaan välillä ei ole erillistä pumpattavaa tilaa, kaksois-O-renkaat eivät välttämättä ole parempia kuin yksinkertaiset O-renkaat. Korkean tyhjiön ovenventtiileihin, latauslukkoihin ja puolijohdeporttiventtiileihin voidaan käyttää "kaksois-O-renkaan + väli-tyhjiöpumppausuraa" -pumppausrakennetta, mutta tämä kuuluu järjestelmän suunnitteluun, ei pelkästään toisen renkaan lisäämiseen.

7. Kaasun vapautuminen ja alhainen haihtuvuus: Tarkasteltava kokonaisuutena – yhdistelmäjärjestelmä, jälkikäsittely ja erä.

"Alhainen kaasun vapautuminen" ei ole tietyn kumituotteen luonnollisesti säilyvä nimi, vaan se määrittyy yhdessä yhdistelmäjärjestelmän, koostumuksen, vulkanointijärjestelmän, jälkikuumennuksen, puhdistuksen, pakkausmenetelmän ja eräkontrollin avulla.

NASAn haihtumistiedot selittävät, että ASTM E595 -standardia käytetään tyhjiöympäristön kokonaishaihtumisen (TML) ja kondensoituvan haihtumisen (CVCM) mittaamiseen; sitä voidaan käyttää materiaalin alhaisen haihtumisen suorituskyvyn varmistamiseen. Parker Chemomericsin alhaiset NASAn haihtumistiedot selittävät myös, että ASTM E595 mittaa TML:ää ja CVCM:ää, ja NASAn sovelluksissa yleisesti käytetyt ohjearvot ovat TML ≤ 1 % ja CVCM ≤ 0,1 %.

Toimittajalta tulee vaatia seuraavaa hankinnassa:

Parker muistuttaa myös, että tyhjiökuivaus voi auttaa poistamaan jäljelle jääneitä haihtuvia aineita, mutta se saattaa aiheuttaa O-renkaan kutistumista sekä muuttaa sen kimmoisuutta ja alhaisen lämpötilan ominaisuuksia. Siksi "yhden kerran suoritettu kuivaus" ei voi yksinkertaisesti olla riskitön prosessi; on vahvistettava mittojen muutokset, kovuuden muutokset ja puristuskestävyyden pysyvä muodonmuutos.

8. Puhtaus: Tyhjiötiivistysten "näkymätön mittari"

Tyhjiöjärjestelmissä käden öljy, pöly, kuitu, muottierottaja, öljysaastuminen ja pesuaineen jäämät voivat kaikki aiheuttaa kaasukuormaa tai vuotoja. Kurt J. Leskerin suositukset korkean tyhjiön puhdistamiseen huomauttavat, että tyhjiökomponenttien saastumisen lähteitä ovat koneistusjäähdytysnesteet, ihmisen kosketus ja epäasianmukainen säilytys, veden liukoiset saastumiset, saippualiuos, kosteus ja alkoholin jäämät; lopuksi on käytettävä lämpökuvaukseen perustuvaa kuivausta ja asianmukaista pakkausta.

Käytännön toimintasuositukset:

Älä kosketa O-renkaita ja tiivistepintoja suoraan ennen asennusta. Käytä pillitöntä käsineitä, kangastonta kangasta, puhtaita liuottimia tai erityisiä kiinnitysvarusteita. O-renkaan pinnalla ei saa olla talkkia, kuituja, metallihiippuja, leikkuunestettä tai tavallista voiteluainetta tai kuljetusöljyä. Puolijohde- ja optiikkasiemien asiakkaat vaativat yleensä puhdastilahuoneessa tehtävää puhdistusta, tuplapussipakkausta, erämerkintää ja avaamispäivämäärää.

9. Kuinka valita tyhjiövoiteluaine: Hyödyllinen, mutta ei oletusarvoisesti välttämätön

Tyhjiövoitelun tehtävä on täyttää metallipinnan mikroepätasaisuudet, vähentää mikrokanavavuotoja ja tukea asennusta. Parkerin kokeet osoittavat, että korkean tyhjiön voitelu voi merkittävästi vähentää puristettujen O-renkaiden läpäisyaikaa; kuitenkin liiallisessa puristuksessa voitelun hyödyt muuttuvat epävakaiksi. Pfeiffer mainitsee myös, että pieni määrä voitelua voi parantaa pinnan mikroepäkohtien täyttöä ja vähentää vuotoja, mutta liiallinen voitelumäärä voi levittää saastumista, ottaa varaa lämpölaajenemiselle ja mahdollisesti päästä tyhjiöpuolelle muodostaen saostumia tai aiheuttaen uudelleenkaasutusta.

Valintastrategia:

Pfeifferin johtopäätös on erinomainen: voiteluaineen käytön määrittää järjestelmän puhtaustaso; korkean puhtaustason ympäristössä voitelu voi olla täysin kiellettyä; jos voiteluaine kuitenkin käytetään, sen pinakerros tulisi olla erinomaisen ohut, melkein tuntematon kosketukselta. Apiezonin tiedot osoittavat, että tyhjiövoiteluaineita on saatavilla eri järjestelmissä – hiilivetyjä, silikonia sisältämättömiä, korkean tyhjiön ja erinomaisen tyhjiön sekä PFPE-järjestelmiä – jotka soveltuvat erilaisiin korkean lämpötilan ja voimakkaan hapettumis-/korroosio-ympäristöihin, mutta niiden käyttö vaatii prosessin vahvistusta.

Älä käytä tavallista keltaista voiteluvoiteita, tavallisia voiteluaineita tai mekaanisia voiteluaineita tyhjiövoiteluaineiden korvaamiseen; vaikka tuote olisi merkitty "korkean tyhjiön voiteluaineeksi", se ei välttämättä sovellu puolijohde- tai optiikkaprosesseihin, joissa kontaminaatioherkkyys on korkea.

10. Kuinka suorittaa heliumvuototestaus: On erotettava todelliset vuodot, läpäisy ja kaasun vapautuminen materiaalista

Yleinen virheheliumvuototestausta tyhjiössä suoritettaessa: heliumsignaalin havaitseminen johtaa virheellisesti johtopäätökseen, että O-rengas on vaurioitunut. Todellisuudessa syy voi olla tiukkuuden naarmut, hiukkasten sisältyminen, uran rakenteellinen tyhjentyminen, materiaalin läpäisy, kaasun vapautuminen materiaalista tai voiteluaineen saastuminen.

Suositeltu menettelytapa:

Suorita ensin puhdistus ja kokoonpanon vahvistus. Tarkista ura, liitoslevyn pinta, O-renkaan pinta, ruuvien esijännityksen tasaisuus, uran syvyys ja puristussuhde.

Suorita sen jälkeen paineen nousutesti. Havaitse, nouseeko käyrä lineaarisesti vai hidastuuko paineen nousu ajan myötä; jos paineen nousu on lähempänä suoraviivaista, todennäköisemmin kyseessä on vuoto, mutta jos nousu hidastuu ajan myötä kohti vakautumista, todennäköisemmin kyseessä on kaasun vapautuminen materiaalista.

Suoritetaan lopuksi heliummassaspektrometrillä tiukkuustestausta. Korkeaa ja erittäin korkeaa tyhjiötä käytettäessä heliumia suihkutetaan yleensä ulkopuolelta ja havaitaan tyhjiövaste. Leybold huomauttaa, että heliumtunnistus voi tarkasti paikantaa ja määrittää pienet vuodot määrällisesti, ja yleensä vuodot, joiden suuruus on alle 10⁻⁶ mbar·L/s, vaativat heliumtiukkuustestauslaitteita.

Vastaanotettujen tiukkuusarvojen tallennuksissa on selkeästi ilmoitettava testimenetelmä: suihkutusmenetelmä, absorptiomenetelmä, kotelointimenetelmä, testipaine-ero, heliumkonsentraatio, vasteaika, taustavasteen korjausmenetelmä sekä paineen säilytysaika ja tulkintakynnys. Muussa tapauksessa ilmaisu "heliumtunnistustestaus onnistui" ei ole insinöörimäisesti merkityksellinen.

11. Suositellut suuntaviivat eri asiakkaille

Tyhjiölaitteiden asiakkaat

Etusijalla ovat vähän kaasua vapauttavat FKM 75A -tai tyhjiöluokan FKM-materiaalit, päätytason ura, noin 20–30 %:n puristus, pinnan karkeus 16–32 RMS -luokkaa, tyhjiökuivaus ja heliumtutkinta valitaan asiakkaan vaadittujen tyhjiöpaineiden mukaan, huoltoväliä tulee noudattaa tiukasti, ja jos pinta on jo hieman kulumassa, voidaan käyttää erinomaisen ohutta tyhjiövoitelmaakerrosta.

Laitteet, spektroskopia ja analyysilaitteet – asiakkaat

Keskitytään kaasun vapautumisen, haihtuvien aineiden ja heliumtutkimuksen taustatasojen hallintaan. Etusijalla ovat vähän kaasua vapauttavat FKM- tai FFKM-materiaalit, voitelmaan käytetään mahdollisimman vähän tai ei lainkaan, pakkaus tulee olla puhdas, erät tulee voida jäljittää ja tarvittavat esivalidointitiedot on toimitettava. Herkässä analyysikamariossa keskitytään materiaalin omaan laatuun taustatasolla, eikä pelkästään vuotoprosenttiin.

Puolijohteiden asiakkaat

Etusijalla ovat FFKM-materiaalit, korroosio-ioneja vastustavat FKM-materiaalit, vähämetalliset ja vähähiukkaset sekä vähän kaasua vapauttavat muovausmuodot. On selvitettävä prosessikaasu, plasmatyyppi, lämpötilan vaihtelut, puhdistusneste, kammion sijainti. Useimmissa tapauksissa ei suositella tyhjiövoitelun mielivaltaista käyttöä. Vaaditaan erätasoinen jäljitettävyys, puhdas pakkaus, laatuvarmenteet (COA) sekä tarvittava aika TML/CVCM-testien, ionianalyysin, hiukkasanalyysin ja prosessivarmistustietojen toimittamiseen.

Pintakäsittelylaitteiden asiakkaat

Jos kyseessä on tavallinen PVD- tai höyrystysprosessi tai tyhjiöoven tiivistys, soveltuvat FKM-materiaalit; jos prosessissa esiintyy korkeita lämpötiloja, aktiivisia kaasuja tai pinnoitteen kontaminaation vaaraa, tulee siirtyä FFKM-materiaaliin tai erityiseen vähäkontaminaatioiseen muovausmuotoon. Oven tiivistykseen voidaan myös harkita kaksinkertaista O-renkaasta ja välipumppausuraa, eikä pelkästään lisätä yhtä O-renkaasta.

Optiikan, avaruustekniikan ja ultra-korkean tyhjiön asiakkaat

Jos optinen pinta on herkkä, vaaditaan ultra-korkeaa tyhjiötä, pitkäaikaista kuumennusta tai erityisen tiukkoja saastumisvaatimuksia, kumiset O-renkaat eivät ehkä sovellu; tulee priorisoida elastomeerien arviointi – vaaditaan alhaista kaasunpurkautumista kuvaavia tietoja, tyhjiökuumentamista, puhtaassa pakkausmuodossa toimitettavia tuotteita, tarpeettomien käyttötapojen poistamista sekä koko järjestelmän kaasunpurkautumistestausta.

12. Kysyttävät kentät hankinnan/tarjouksen pyynnön yhteydessä

Kun asiakkaalle tai toimittajalle jaetaan valintalomakkeita, niissä tulee olla ainakin seuraavat kentät:

13. Lopullinen valintapäätös

Voit nopeasti tehdä päätöksen seuraavan päätöspolun mukaan:

• Tavallinen karkea tyhjiö/alhainen tyhjiö, kustannusherkkä: NBR- tai EPDM-materiaaleja voidaan harkita, mutta media ja lämpötila on vahvistettava.
• Korkean tyhjiön yleislaitteet: Alhainen kaasunpurkautuminen (outgassing) -ominaisuus omaava FKM on pääasiallinen valinta.
• Puolijohdeala, syövyttävät kaasut, korkealämpöinen plasma: FFKM tai erityisesti ionisäteilyyn kestävä FKM.
• Vesihöyry, höyry, otsoni: EPDM saa erinomaisen arvosanan.
• Alhaisen lämpötilan joustavuusvaatimus: Silikonikumia tai EPDM-kumia voidaan harkita, mutta läpäisy (permeation) ja kaasunpurkautuminen (outgassing) on arvioitava tarkasti.
• Erittäin korkea tyhjiö, tiukat puhdistusvaatimukset, pitkäaikainen kuumennus (baking), optisen saastumisen herkkyys: Metallitiiviste on etusijalla; kumirenkaat ovat vain varavaihtoehto, kun niiden soveltuvuus on vahvistettu.

Yhteenveto yhdessä lauseessa: Tyhjiötiivistystä varten valittavan O-renkaan valinnan keskiössä ei ole kysymys "mikä kumi kestää parhaiten", vaan siitä, voidaanko kokonaistiukkuus, kaasunpurkautuminen (outgassing), läpäisy (permeation), saastuminen ja asennuspinnan ominaisuudet hallita kohdetyhjiön tasolla.