Uszczelnienie próżniowe O-ringi nie można dobrać wyłącznie na podstawie „materiału + wymiarów + twardości”. W warunkach pracy w próżni awaria uszczelnienia często nie polega na prostym wycieku, lecz na obciążeniu gazowym powstającym łącznie z rzeczywistym wyciekiem, przepuszczalnością gumy, wydzielaniem gazów przez materiał, zanieczyszczeniem powierzchni, lotnością smaru oraz pustym wnętrzem rowka. Dla klientów z zakresu wysokiej próżni, ultra-wysokiej próżni, półprzewodników, galwaniki, spektroskopii i optycznych wnęk rezonansowych strategia reagowania powinna zostać uaktualniona – od pytania „czy utrzyma ciśnienie?” do pytania „czy można kontrolować całkowite obciążenie gazowe i ryzyko zanieczyszczenia?"

1. Kluczowy problem uszczelek O-ringowych w próżni: nie ciśnienie, lecz obciążenie gazowe

Zwykłe uszczelki hydrauliczne i pneumatyczne skupiają się głównie na różnicy ciśnień, odporności na zużycie oraz zgodności z medium; uszczelki próżniowe powinny skupiać się bardziej na:

Po pierwsze, prawdziwa wycieka. Kołnierz, rowek, zadrapania, ślady obróbki oraz uwięzione cząstki tworzą mikrokanal prowadzący na zewnątrz pierścienia uszczelniającego. Gaz wycieka przez tę małą szczelinę łatwiej niż ciecz, dlatego przy uszczelkach próżniowych należy szczególnie zwracać uwagę na jakość powierzchni uszczelniającej. Parker materiał uszczelniający do próżni wyraźnie wskazuje, że powierzchnia uszczelniająca lub chropowatość mikroprzerwy w rowku uszczelniającym próżni jest szczególnie wrażliwa; zaleca się stosowanie klasy chropowatości 16 RMS na powierzchni styku uszczelniającego i unikanie linii obróbkowych prostopadłych do linii uszczelnienia.

Po drugie, przesiąkanie. Nawet w przypadku braku wad mechanicznych gaz może tworzyć znaczne obciążenie gazowe, dyfundując przez strukturę elastyczną na stronę niskiego próżniowego ciśnienia. Instrukcje techniczne firmy Kurt J. Lesker stwierdzają, że przepuszczalność elastomerów umożliwia dyfuzję i rozprężanie gazu przy niskim ciśnieniu; prędkość przesiąkania zależy od temperatury, ciśnienia, rodzaju gazu oraz typu elastomeru. Firma Pfeiffer wskazuje również, że uszczelki wykonane z elastomerów mają z natury nieco wyższą przepuszczalność, a nawet w sytuacji, gdy system nie wykazuje widocznych przecieków, same uszczelki elastyczne mogą wpływać na graniczne ciśnienie próżni.

Trzecie: wydzielanie gazów i materiały lotne. Substancje o niskiej masie cząsteczkowej, plastyczny, nieuwulkanizowane pozostałości oraz wilgoć adsorbowana w uszczelkach typu O-ring są desorbowane po umieszczeniu w wysokiej próżni. NASA’s Material Outgassing Data Bank stosuje metodę ASTM E595 do oceny całkowitej utraty masy materiału (TML) oraz ilości ponownie skraplających się związków lotnych (CVCM) w rzeczywistym środowisku próżniowym; typowe wartości orientacyjne to TML ≤ 1 % oraz CVCM ≤ 0,1 %, jednak te kryteria stanowią ogólny przemysłowy standard czystości, a nie obowiązkowe normy dla wszystkich zastosowań przemysłowych w próżni.

Czwarte: zanieczyszczenie. Przemysł półprzewodnikowy, galwanotechnika, spektroskopia oraz lustra optyczne najbardziej obawiają się nie „niewielkiego wycieku gazu”, lecz osadzania się związków lotnych na krzemowych płytach (waferach), tarczach docelowych, powierzchniach soczewek optycznych, punktach styku oraz wnękach analitycznych. Parker wskazuje, że w warunkach próżni niektóre rodzaje olejów stosowanych w mieszankach gumowych lub ich składniki mogą migrować i tworzyć cienkie warstwy na sąsiednich powierzchniach, co prowadzi do utraty jakości wrażliwych powierzchni.

2. Najpierw zdefiniuj stopień próżni i kryteria akceptacji

Przed wybraniem należy najpierw zapytać klienta o trzy wskaźniki:

Jaka jest docelowa ciśnienie robocze i ciśnienie graniczne?

Urządzenia do niskiej próżni i próżni grubej mogą tolerować stosunkowo większe obciążenie gazem; urządzenia do wysokiej próżni, a także systemy powyżej zakresu wysokiej próżni, będą wrażliwe na ten limit przepuszczalności. Przykład firmy Pfeiffer pokazuje: przy flanszu DN 500 ISO-K, uszczelka z FKM w warunkach próżni powietrza i wilgotności 60% może sprawić, że obciążenie gazem przez przepuszczalność stanie się ograniczeniem ciśnienia granicznego; ponadto podkreśla, że obciążenie gazem przez przepuszczalność elastycznej uszczelki FKM może osiągnąć wartość rzędu 4×10⁻⁷ Pa·m³/s.

Jaka jest dopuszczalna szybkość przecieku?

Wykrywanie wycieków próżniowych zwykle wykorzystuje jednostki mbar·L/s lub jednostkę układu SI Pa·m³/s. Instrukcje Pfeiffera dotyczące szybkości wycieku również zaznaczają, że główną jednostką stosowaną przy wykrywaniu helu jest mbar·L/s lub Pa·m³/s do wyrażenia szybkości wycieku. Dane Leybolda dotyczące wykrywania wycieków wskazują, że dopuszczalna szybkość wycieku różni się znacznie w zależności od stopnia próżni: niska próżnia może akceptować całkowitą niemieszkość; przykład: <10⁻⁷ mbar·L/s można określić jako „hermetyczność gazowa”, a <10⁻¹⁰ mbar·L/s jest bliższe określenia „hermetyczność bezwzględna”.

Czy to test wzrostu ciśnienia, czy wykrywanie wycieków za pomocą spektrometru masowego helu?

Test wzrostu ciśnienia pozwala oszacować całkowite obciążenie gazem na podstawie wzrostu ciśnienia w zbiorniku w jednostce czasu; jeśli krzywa wzrostu ciśnienia ma tendencję do rozbieżności, prawdopodobnie występuje rzeczywista nieszczelność; jeśli krzywa zbliża się do linii prostej, ale z wolnym zbieżnym nachyleniem, bardziej prawdopodobne jest obciążenie gazem. Porównanie testu wzrostu ciśnienia i krzywych przepuszczalności/wydzielania gazu przeprowadzone przez firmę Leybold zostało wyraźnie opisane i wskazano, że dokładne wykrycie obciążenia gazem poniżej 10⁻⁶ mbar·L/s zwykle wymaga zastosowania urządzeń do wykrywania nieszczelności za pomocą helu.

3. Jak wybrać materiał: nie można kierować się wyłącznie oznaczeniem „FKM/Viton”

3.1 FKM: wybór domyślny dla większości urządzeń wysokiej próżni

Fluoroolefinowy kauczuk FKM to jeden z najczęściej stosowanych materiałów w technice próżniowej O-kręg materiały stosowane w większości urządzeń do wysokiego próżni, instrumentów, urządzeń do napylania, łączników pomp próżniowych, okien obserwacyjnych oraz statycznych uszczeleń z flangami KF/ISO. Kurt J. Lesker wskazuje, że FKM to jeden z najczęściej stosowanych elastomerów do uszczelnień próżniowych, charakteryzujący się dobrą odpornością na wysokie temperatury, ozon, tlen oraz zgodnością z wieloma olejami i rozpuszczalnikami; ponadto ma stosunkowo niską przepuszczalność gazów, lecz jego właściwości przy niskich temperaturach są ogólnie słabsze.

Przy wyborze FKM należy podkreślić „FKM przeznaczone do zastosowań próżniowych” lub „FKM o niskiej emisji gazów”, a nie zwykłe przemysłowe FKM. Zwykłe FKM, jeśli proces wulkanizacji wtórnej był niewystarczający, posiada na powierzchni środek do zwalniania form, lub zawiera substancje lotne lub zanieczyszczenia pochodzące z opakowania, może nadal powodować zbyt intensywną emisję gazów w systemach próżniowych.

Zastosowania: komory wysokiej próżni, urządzenia do napylania, instrumenty laboratoryjne, łączniki pomp próżniowych, typowe pomocnicze komory półprzewodnikowe.

Punkty ryzyka: silne jony, intensywny proces korozji, pieczenie w wysokiej temperaturze, sprzęt optyczny o wysokiej czystości do analizy widma, wymaga dalszej weryfikacji lub uaktualnienia.

3.2 FFKM: półprzewodniki, gaz korozynny, procesy w wysokiej temperaturze – priorytetowe rozważanie

FFKM (perfluoroelastomer) nadaje się do zastosowań w warunkach wysokiej temperatury, silnej korozji, plazmy oraz trawienia i osadzania w procesach półprzewodnikowych. W wyjaśnieniu firmy Kurt J. Lesker dotyczącym Kalrez 4079 podano, że materiał ten znajduje zastosowanie w wielu środowiskach procesów półprzewodnikowych metodą suchą i mokrą, charakteryzuje się doskonałą odpornością chemiczną i stabilnością termiczną oraz wykazuje stosunkowo niższe straty w reaktywnej plazmie.

Zastosowania: trawienie półprzewodników, CVD/PVD, ALD, gaz procesowy o działaniu korozynnym, cykle pieczenia w wysokiej temperaturze przeprowadzane często.

Punkty ryzyka: wysoka cena; różnice między poszczególnymi formulacjami FFKM są znaczne – konieczne jest jednoznaczne określenie wymagań dotyczących klasy materiału, np. równoważnego pod względem zawartości jonów metalicznych, niskiej zawartości metali, niskiej emisji cząstek oraz niskiej emisji gazów.

3.3 EPDM: para wodna, ozon, para wodna, niektóre scenariusze promieniotwórcze mogą być rozważane

EPDM nadaje się do zastosowania w środowisku wody, pary wodnej, ozonu oraz niektórych środowisk promieniotwórczych. Materiał uszczelniający do próżni firmy Parker zaleca się stosować w przypadku gorącej wody, pary wodnej lub obecności promieniowania. Kurt J. Lesker wskazuje również, że EPDM charakteryzuje się dobrą odpornością na wodę, parę wodną, ozon, starzenie się pod wpływem warunków atmosferycznych oraz na oleje mineralne, paliwa i ciecze węglowodorowe, lecz nie jest odporny na oleje.

Zastosowania: względnie duże stężenia pary wodnej, ozon, czyszczenie parą wodną, częściowe środowiska promieniotwórcze.

Ryzyko: kontakt z olejem do pomp próżniowych, rozpuszczalnikami węglowodorowymi oraz mgłą olejową – w tych przypadkach materiał nie nadaje się do użycia.

3.4 NBR: niski koszt, ale nieodpowiedni w przypadku wysokich wymagań dotyczących czystości lub surowych warunków eksploatacyjnych

Guma nitrilowa (NBR) jest powszechnie stosowana w tanich uszczelkach próżniowych; nadaje się do próżni zwykłej, próżni niskiego stopnia oraz uszczelnień drzwi ogólnego przeznaczenia w urządzeniach, a także do środowisk nie wymagających wysokiej czystości. Nie jest jednak materiałem preferowanym w przypadku próżni wysokiej lub ultra-wysokiej. Kurt J. Lesker wskazuje, że NBR należy do stosunkowo tanich standardowych materiałów stosowanych w aplikacjach próżniowych, lecz współczynnik przepuszczalności pary wodnej przez nią jest około 20 razy wyższy niż dla gumy fluoroalkilowej (FKM); nie powinna być stosowana w procesach z udziałem tlenu lub tlenu w postaci plazmy.

Zastosowania: próżnia gruba, próżnia niskiego stopnia, ogólne urządzenia mechaniczne, urządzenia, w których istotna jest cena.

Obszary ryzyka: para wodna, ozon, jony tlenu, wysoka czystość, ograniczenia ciśnienia w próżni wysokiej.

3.5 Guma krzemionkowa (VMQ): dobra miękkość w niskich temperaturach, ale wymaga ostrożności ze względu na przepuszczalność w warunkach próżni oraz wydzielanie gazów.

Silikonowy kauczuk odporny na niskie temperatury, miękki, stosowany w niektórych zastosowaniach uszczelniających przy niskich temperaturach lub tam, gdzie ryzyko zanieczyszczenia nie jest krytyczne; w systemach wysokiej próżni należy zachować ostrożność. Kurt J. Lesker wskazuje, że współczynnik przepuszczalności pary wodnej przez silikonowy kauczuk jest około 200 razy wyższy niż dla kauczuku FKM i może występować spadek sprężystości, utwardzanie oraz problemy z przyczepnością po długotrwałej ekspozycji w wysokiej temperaturze.

Zastosowania: niskie temperatury, wysokie wymagania co do miękkości, próżnia o średniej jakości, akceptowalne ryzyko zanieczyszczenia.

Ryzyka: przepuszczalność pary wodnej, lotne substancje, zanieczyszczenie półprzewodników/optyki, długotrwałe obciążenie ściskające w wysokiej temperaturze.

3.6 Kauczuk butylowy IIR: korzyść z niskiej przepuszczalności gazów, ale węższy zakres warunków roboczych

Współczynnik przepuszczalności gazu butylkauczuku jest niski, co czyni go cennym materiałem w tradycyjnym uszczelnianiu próżniowym. Materiał firmy Parker wyjaśnia, że charakterystyczna długotrwała przydatność butylkauczuku w uszczelnianiu próżniowym wynika głównie z jego doskonałej odporności na przepuszczanie gazów oraz niskiego wydzielania gazów, niskiej utraty masy i dobrej odporności na wilgoć. Jednak kompatybilność butylkauczuku w wysokich temperaturach, w obecności środków chemicznych, promieniowania oraz w procesach technologicznych nie jest tak szeroka jak u FKM/FFKM i wymaga odpowiedniej weryfikacji zastosowania.

Zastosowania: statyczne próżniowanie, priorytet niskiej przepuszczalności gazu, umiarkowane warunki temperaturowe i chemiczne.

Obszary ryzyka: wysoka temperatura, kwasy, silne utleniacze, ozon oraz specjalne procesy technologiczne.

3.7 Kiedy nie stosować pierścieni uszczelniających z gumy?

Jeśli klient wymaga ultra-wysokiego próżniowania, długotrwałego pieczenia w wysokiej temperaturze, skrajnej czystości, silnego promieniowania, skrajnej przepuszczalności lub bardzo niskiego ciśnienia granicznego, należy rozważyć uszczelki metalowe, takie jak miedziane uszczelki typu CF, drut z indymu, elastomery, metalowe pierścienie typu C oraz metalowe pierścienie typu O. Pfeiffer wyraźnie stwierdza, że w warunkach wysokiego próżniowania, długotrwałej eksploatacji, dużego obciążenia promieniowaniem lub zastosowań wymagających skrajnie niskiej przepuszczalności należy stosować elementy uszczelniające metalowe zamiast elastomerowych.

4. Jak określić współczynnik ściskania: uszczelnianie próżniowe zwykle wymaga większego ściskania niż zwykłe uszczelnianie statyczne

Wielkość ściskania pierścienia O-ringowego w warunkach próżniowych ma bezpośredni wpływ na szybkość przecieków. Instrukcje testowe firmy Parker dotyczące pierścieni O-ringowych do zastosowań próżniowych pokazują, że w przypadku uszczelniania czołowego zwiększenie wielkości ściskania wyraźnie zmniejsza przecieki; mechanizm ten polega na wydłużeniu ścieżki przepływu gazu, zmniejszeniu powierzchni wejścia gazu oraz lepszym wypełnieniu przez gumę mikrodefektów powierzchni metalowej.

Jednak stopień ucisku nie jest tym lepszy, im wyższy. Zbyt duży ucisk może spowodować nadmierny ucisk pierścienia O-ring, zbyt wysoki współczynnik wypełnienia rowka, brak przestrzeni na rozszerzenie termiczne, szybsze trwałe odkształcenie pod wpływem ucisku oraz późniejszą wyciek odwrotny; Parker przypomina również, że skrajny ucisk może powodować nadmierny ucisk pod wpływem ciśnienia; jeśli stosuje się płytki rowek w celu zwiększenia stopnia ucisku, rowek musi posiadać wystarczającą przestrzeń do pomieszczenia objętości pierścienia O-ring.

W praktyce można to zrozumieć jako:

W tabeli projektowej rowków na końcówkach próżniowych firmy Parker różne współczynniki ściskania pierścieni O-ring o przekroju poprzecznym obejmują przybliżony zakres od 19% do 32%; konkretne wymiary należy obliczać zgodnie z przekrojem poprzecznym, głębokością rowka, szerokością rowka oraz orientacją próżniową (wewnętrzna/zewnętrzna) i formą montażu.

5. Chropowatość powierzchni: punkt, który budzi większe obawy niż zakładają klienty

Największym zagrożeniem dla uszczelnień próżniowych są zadrapania i ślady narzędzi przebiegające wzdłuż linii uszczelnienia. Nawet jeśli materiał pierścienia O-ring jest odpowiedni, obecność na powierzchni flangi rowków powstałych przez przecięcie, zadrapań lub śladów cząstek może prowadzić do tzw. „niewidocznej nieszczelności”.

Parker zaleca stosowanie powierzchni uszczelniającej pierścienia wakuum z obróbką tokarską obwodową i unikanie linii obróbki prostopadłych do linii uszczelnienia pierścienia O-ring. Kurt J. Lesker wskazuje również, że uszkodzenia powierzchni metalowej lub szklanej przechodzące przez strefę kontaktu pierścienia O-ring — od zadrapań narzędziowych po stronę zewnętrzną prowadzącą do strony próżni — mogą powodować wycieki.

Polecane działania praktyczne:

Powierzchnię kontaktową uszczelniającą należy wyraźnie oznaczyć parametrem chropowatości; niedopuszczalne jest jedynie zapisywanie „wykończenie tokarskie”. Dla uszczelnień czołowych w wysokiej próżni można przyjąć klasę chropowatości 16 RMS; jeśli na rysunku podano wartość Ra, należy uzgodnić z klientem metodę konwersji i akceptacji — nie wolno mechanicznie utożsamiać RMS z Ra. Dno rowka, ścianki rowka oraz powierzchnia połączenia kołnierza należy sprawdzić pod kątem wyprasek, śladów cięcia, wgłębień korozji oraz wgnięć spowodowanych grubymi cząstkami.

6. Wybór konstrukcyjny: statyczne uszczelnienie czołowe vs statyczne uszczelnienie promieniowe

Uszczelnienie statyczne pod próżnią powinno w pierwszej kolejności wykorzystywać uszczelnienie czołowe (face seal). Uszczelnienie czołowe łatwiej zapewnia stabilne dociskanie i jest również łatwiejsze w kontroli metodą detekcji helu oraz czyszczeniu. Parker zaleca, aby w przypadku statycznych uszczelek pod próżnią preferować uszczelnienia z rowkiem czołowym lub uszczelnienia czołowe, stosując odpowiedni stopień próżni oraz wyższy poziom docisku; jeśli konieczne jest użycie uszczelnienia promieniowego lub uszczelnienia ścieżkowego, nie zapewni ono tak dobrej wydajności.

Rowki klinowe są odpowiednie dla drzwi oraz uszczelnień pionowych, gdy wymagana jest skrócona czasowa obsługa serwisowa; ich cechą charakterystyczną jest mała powierzchnia zajmowana, lecz nie są one przyjazne wobec rozszerzalności cieplnej ani odporności materiału na rozpuszczalniki. Parker wskazuje również, że zastosowanie rowków klinowych poza przemysłem mikroelektroniki występuje rzadziej, ponieważ ich kształt ogranicza objętość wolną, zakres temperatur, dopuszczalne odchyłki wymiarowe oraz jakość stanu rozpuszczalnego.

Podwójne pierścienie uszczelniające nie są z natury lepsze – wyraźnie wskazuje to firma Kurt J. Lesker; jeśli pomiędzy dwoma pierścieniami uszczelniającymi nie ma różnicowego pompowania, podwójne pierścienie uszczelniające niekoniecznie są lepsze niż pojedyncze. W przypadku zaworów drzwiowych do wysokiego próżni, komór załadowania oraz zaworów bramkowych do przemysłu półprzewodnikowego można stosować strukturę pompowania „podwójne pierścienie uszczelniające + żłobek pośredni do pompowania”, ale dotyczy to projektowania systemu, a nie prostego dodania jednego pierścienia.

7. Wydzielanie gazów i niska lotność: należy uwzględnić całość układu, obróbkę końcową oraz partię

„Niskie wydzielanie gazów” nie jest nazwą konkretnego gumowego materiału zachowaną z natury, lecz wynika łącznie z układu mieszanki + receptury + układu wulkanizacji + utwardzania końcowego + czyszczenia + pakowania + kontroli partii.

Dane NASA dotyczące wydzielania gazów wyjaśniają, że norma ASTM E595 służy do pomiaru całkowitej masy ulotnych (TML) i współczynnika wydzielania związków lotnych (CVCM) w środowisku próżniowym; może być stosowana do weryfikacji niskiej emisji gazów przez materiał. Dane Parker Chemomerics dotyczące materiałów o niskim wydzielaniu gazów zgodnym z wymaganiami NASA również wyjaśniają, że norma ASTM E595 określa TML i CVCM, a typowe wartości orientacyjne stosowane w zastosowaniach NASA to: TML ≤ 1 %, CVCM ≤ 0,1 %.

Należy zażądać od dostawcy w trakcie zakupu:

Parker przypomina również, że suszenie w próżni może pomóc usunąć pozostałe substancje lotne, ale może spowodować skurcz pierścieni uszczelniających oraz zmianę ich właściwości sprężystych i wydajności w niskich temperaturach. Dlatego nie można traktować jednorazowego „pieczenia” jako bezpiecznego procesu – należy potwierdzić zmiany wymiarowe, zmiany twardości oraz stałą odkształcalność po ściskaniu.

8. Czystość: „Niewidzialna miara” uszczelniania w próżni

W systemach próżniowych oleje z rąk, kurz, włókna, środki zwalniające formy, zanieczyszczenia olejowe oraz pozostałości środków czyszczących mogą stanowić źródła obciążenia gazowego lub miejsc wycieku. W zaleceniach firmy Kurt J. Lesker dotyczących czyszczenia pod wysoką próżnią wymieniono źródła zanieczyszczeń komponentów próżniowych, takie jak płyny chłodzące stosowane podczas obróbki skrawaniem, dotyk ludzki i nieodpowiednie przechowywanie, zanieczyszczenia rozpuszczalne w wodzie, ciekłe mydła, wilgoć oraz pozostałości alkoholu; końcowym etapem jest suszenie termiczne i odpowiednie opakowanie.

Zalecenia dotyczące praktycznej obsługi:

Nie dotykać bezpośrednio pierścieni uszczelniających (O-rings) i powierzchni uszczelniających przed montażem. Używać rękawiczek bezwłóknistych, materiału nietkanego, czystych rozpuszczalników lub specjalnych przyrządów montażowych. Powierzchnia pierścienia uszczelniającego nie może zawierać talku, włókien, opiłków metalowych, płynów chłodzących, zwykłych smarów ani oleju transportowego. Klienci z branży półprzewodników i optyki zwykle wymagają czyszczenia w pomieszczeniach czystych, podwójnego opakowania w workach czystościowych, oznaczenia partii oraz daty ważności rozpakowania.

9. Jak wybrać smar próżniowy: przydatny, ale nie zawsze konieczny

Funkcja smaru próżniowego polega na wypełnianiu mikronierówności powierzchni metalowych, zmniejszaniu przecieków przez mikrokanaliki oraz ułatwianiu montażu. Eksperymenty firmy Parker wykazały, że wysokiej jakości smar próżniowy znacznie zmniejsza przepuszczalność uszczelki typu O-ring pod ciśnieniem; jednak przy nadmiernym ściskaniu korzyści wynikające ze stosowania smaru stają się niestabilne. Firma Pfeiffer zaznacza również, że niewielka ilość smaru smarnego poprawia wypełnianie mikrodefektów powierzchni i zmniejsza przecieki, lecz nadmiar smaru może rozpraszać zanieczyszczenia, zajmować przestrzeń przeznaczoną na rozszerzanie termiczne oraz potencjalnie przedostać się po stronie próżni, tworząc osady lub uwalniając gazy (re-outgassing).

Strategia doboru:

Wniosek Pfeiffera jest bardzo bezpośredni: zastosowanie smaru zależy od stopnia czystości wymaganego w systemie; w środowisku o wysokiej czystości smarowanie może być w ogóle niedopuszczalne; jeśli smar jest stosowany, warstwa powłoki powinna być niezwykle cienka, prawie niewyczuwalna dotykiem. Dane Apiezon pokazują, że smary próżniowe obejmują różne systemy: węglowodorowe, bezkrzemowe, do wysokiej próżni, ultra-wysokiej próżni oraz na bazie PFPE, stosowane w różnych środowiskach o wysokiej temperaturze i intensywnym utlenianiu/korozji, ale wymagają weryfikacji procesowej.

Nie stosować zwykłego żółtego smaru, zwykłych środków smarujących ani smarów mechanicznych jako zamiennika smaru próżniowego; nawet produkty oznaczone jako „smar do wysokiej próżni” nie są automatycznie odpowiednie do procesów półprzewodnikowych lub optycznych, wrażliwych na zanieczyszczenia.

10. Jak wykonać wykrywanie wycieków helu: konieczne jest rozróżnienie prawdziwych wycieków, przesiąkania i wydzielania gazów

Często spotykany błąd przy wykrywaniu wycieków helu w próżni: założenie, że obecność sygnału helu oznacza uszkodzenie uszczelki typu O-ring. Rzeczywista przyczyna może być inna – np. zadrapania na powierzchni uszczelnienia, obecność cząstek zanieczyszczeń, puste przestrzenie w rowku uszczelniającym, przesiąkanie materiału, wydzielanie gazów lub zanieczyszczenie smarem.

Zalecana procedura:

Najpierw przeprowadzić czyszczenie oraz potwierdzić poprawność montażu. Sprawdzić rowek uszczelniający, powierzchnię kołnierza, powierzchnię uszczelki typu O-ring oraz jednolitość docisku śrub, głębokość rowka i stopień ucisku.

Następnie przeprowadzić test wzrostu ciśnienia. Obserwować, czy krzywa wzrostu ciśnienia jest liniowa, czy też jej nachylenie stopniowo maleje; jeśli wzrost ciśnienia ma charakter bardziej liniowy, najprawdopodobniej występuje wyciek, natomiast jeśli krzywa stopniowo osiąga stabilny poziom, przyczyną jest najprawdopodobniej wydzielanie gazów przez materiał.

Ostatecznie przeprowadzić wykrywanie wycieków za pomocą spektrometru masowego helu. W warunkach wysokiej próżni i ultra-wysokiej próżni najczęściej stosuje się zewnętrzne natryskiwanie helu i obserwuje się odpowiedź próżniową. Leybold podkreśla, że wykrywanie helu pozwala precyzyjnie zlokalizować oraz ilościowo zmierzyć niewielkie wycieki; ponadto pomiary wycieków poniżej 10⁻⁶ mbar·L/s wymagają zwykle zastosowania urządzeń do wykrywania wycieków helowych.

Rejestry otrzymanych wartości współczynnika wycieku muszą jednoznacznie określać metodę badania: metodę natryskiwania, metodę absorpcji, metodę otoczenia (envelope), różnicę ciśnień testowych, stężenie helu, czas odpowiedzi, metodę korekcji tła oraz czas utrzymywania ciśnienia i próg interpretacji. W przeciwnym razie stwierdzenie „przekroczono test wykrywania helowego” nie ma znaczenia inżynieryjnego.

11. Zalecane kierunki działania dla różnych klientów

Klienci sprzętu próżniowego

W pierwszej kolejności rozważyć uszczelki z FKM 75A o niskim wydzielaniu gazów lub FKM przeznaczone do zastosowań w próżni; rowek na powierzchni czołowej uszczelki, stopień ucisku około 20–30 %; chropowatość powierzchni 16–32 RMS; decyzja o poddaniu uszczelki wypalaniu w próżni oraz o przeprowadzeniu testu wykrywania helu zależy od wymaganego przez klienta ciśnienia granicznego; częstotliwość konserwacji powinna być ścisła; w przypadku już widocznych śladowych śladów zużycia powierzchni dopuszczalne jest naniesienie bardzo cienkiej warstwy smaru próżniowego.

Klienci z zakresu urządzeń pomiarowych, spektroskopii i sprzętu analitycznego

Skupienie się na kontrolowaniu wydzielania gazów, materii lotnej oraz tła wykrywania helu. W pierwszej kolejności wybrać uszczelki z FKM lub FFKM o niskim wydzielaniu gazów; stosować minimalną ilość lub w ogóle nie stosować smarów; wymagać czystej opakowki, śledzenia partii oraz niezbędnych danych wstępnej weryfikacji. Wrażliwe komory analityczne powinny uwzględniać własny poziom jakości materiału, a nie jedynie jego współczynnik przeciekania.

Klienci z branży półprzewodników

Priorytetowa selekcja FFKM, odpornego na korozję i jony FKM, o niskim zawieraniu jonów metalu, niskiej emisji cząstek oraz niskim wygazowaniu – optymalizacja formuły. Konieczne jest doprecyzowanie: gazu procesowego, typu plazmy, cyklu temperaturowego, cieczy do czyszczenia oraz położenia wnęki. W większości przypadków nie zaleca się dowolnego stosowania smaru próżniowego. Wymagana jest śledzilność partii, czyste opakowanie, certyfikat zgodności (COA) oraz czas niezbędny na dostarczenie danych: TML/CVCM, analizy jonowej, analizy cząstek oraz weryfikacji procesu.

Klienci wyposażeniowi do powlekania

W przypadku standardowych procesów PVD lub naparzania oraz uszczelnień drzwi próżniowych można stosować FKM; w przypadku wysokich temperatur, aktywnych gazów lub ryzyka zanieczyszczenia warstwy powłoki należy przejść na FFKM lub specjalną formułę o niskim stopniu zanieczyszczenia. Do uszczelniania drzwi można również rozważyć rozwiązanie z podwójnym pierścieniem uszczelniającym oraz dodatkowym rowkiem pompowym pośrednim zamiast prostego dodania jednego pierścienia uszczelniającego.

Klienci z branży optyki, przemysłu lotniczo-kosmicznego oraz ultra-wysokiego próżni

Jeśli istnieje wrażliwa powierzchnia optyczna, ultra-wysokie próżniowanie, długotrwałe pieczenie lub wyjątkowo surowe wymagania dotyczące zanieczyszczeń, gumowe uszczelki typu O-ring mogą być niewłaściwe; należy w pierwszej kolejności ocenić elastomery – wymagane są dane dotyczące niskiego wyprawiania gazów, pieczenie w próżni, czysta opakowanie, eliminacja niepotrzebnego stosowania oraz kompleksowe testy wyprawiania gazów całego systemu.

12. Obszary, które muszą zostać określone podczas zakupu/tworzenia oferty

Przy sporządzaniu arkuszy doboru dla klientów lub dostawców należy zawrzeć przynajmniej następujące pola:

13. Ostateczna ocena wyboru

Może szybko dokonać oceny według następującej ścieżki decyzyjnej:

• Zwykłe, grube próżniowanie / niskie próżniowanie, wrażliwe na koszty: można rozważyć NBR lub EPDM, ale należy potwierdzić medium i temperaturę.
• Ogólnego przeznaczenia sprzęt do wysokiego próżniowania: niskowyparowy FKM jest głównym wyborem.
• Przemysł półprzewodnikowy, gazy korozyjne, wysokotemperaturowa plazma: FFKM lub dedykowany FKM odporny na jonizację.
• Para wodna, para, ozon: EPDM uzyskuje doskonałą ocenę.
• Wymóg miękkości w niskich temperaturach: można rozważyć gumę krzemową lub EPDM, ale należy szczególnie ocenić przepuszczalność i wyparowanie.
• Ultra-wysokie próżniowanie, wysoka czystość, długotrwałe pieczenie, wrażliwość na zanieczyszczenia optyczne: pierwszeństwo mają uszczelki metalowe; gumowe pierścienie O są dopuszczalne jedynie jako kompromis po ich weryfikacji.

Podsumowanie w jednym zdaniu: wybór pierścieni uszczelniających do próżni nie koncentruje się na pytaniu «która guma jest trwała», lecz na tym, czy całkowita szybkość wycieku, wyparowanie, przepuszczalność, zanieczyszczenia oraz powierzchnia montażu mogą być kontrolowane przy docelowej wartości próżni.