การปิดระบายความร้อน โอริง ไม่สามารถเลือกได้เพียงแค่จาก "วัสดุ + มิติ + ความแข็ง" เท่านั้น ภายใต้สภาวะการทำงานแบบสุญญากาศ ความล้มเหลวของการปิดผนึกมักไม่ใช่การรั่วไหลอย่างง่าย ๆ แต่เป็นภาระก๊าซที่เกิดร่วมกันจากความรั่วจริง การซึมผ่านของยาง การปล่อยก๊าซจากวัสดุ (outgassing) การปนเปื้อนบนพื้นผิว การระเหยของสารหล่อลื่น และการเว้าของร่องปิดผนึกที่ว่างเปล่า สำหรับลูกค้าที่ใช้งานในระบบสุญญากาศระดับสูง สุญญากาศระดับสูงพิเศษ อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การชุบโลหะ สเปกโตรสโกปี และโพรงแสง กลยุทธ์การตอบสนองควรยกระดับขึ้นจากคำถามว่า "สามารถรักษากดดันได้หรือไม่" เป็นคำถามว่า "สามารถควบคุมปริมาณภาระก๊าซรวมและความเสี่ยงจากการปนเปื้อนได้หรือไม่"

1. ประเด็นหลักของการใช้ O-ring ภายใต้สภาวะสุญญากาศ: ไม่ใช่แรงดัน แต่เป็นภาระก๊าซ

ซีลไฮดรอลิกและนิวเมติกทั่วไปให้ความสำคัญหลักกับความต่างของแรงดัน ความต้านทานการสึกหรอ และความเข้ากันได้กับสารกลาง ในขณะที่ซีลสุญญากาศควรให้ความสำคัญมากกว่ากับ:

ก่อนอื่น คือการรั่วซึมที่แท้จริง ขอบฟลานจ์ ร่อง รอยขีดข่วน รอยเครื่องจักร และอนุภาคที่ติดค้าง จะสร้างช่องทางจุลภาคไปยังด้านนอกของแหวนซีล ทำให้ก๊าซรั่วผ่านช่องเล็กๆ นี้ได้ง่ายกว่าของเหลว ดังนั้น ซีลสุญญากาศจึงควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับคุณภาพของพื้นผิวที่สัมผัสซีล พาร์คเกอร์ วัสดุซีลสุญญากาศของ 's ระบุอย่างชัดเจนว่า ความหยาบของพื้นผิวสำหรับก๊าซหรือช่องว่างจุลภาคในร่องซีลสุญญากาศนั้นไวต่อการเปลี่ยนแปลงมากเป็นพิเศษ และแนะนำให้ใช้พื้นผิวสัมผัสซีลที่มีค่าความหยาบไม่เกิน 16 RMS โดยหลีกเลี่ยงเส้นร่องจากการกลึงที่ตัดขวางแนวเส้นซีล

ประการที่สอง คือ การซึมผ่าน แม้ไม่มีข้อบกพร่องเชิงกล แก๊สก็ยังสามารถสร้างภาระแก๊สปริมาณมากได้เมื่อแพร่ผ่านโครงสร้างยืดหยุ่นเข้าสู่ด้านสุญญากาศความดันต่ำ เอกสารคำแนะนำทางเทคนิคของเคิร์ต จี. เลสเกอร์ระบุว่า ความสามารถในการซึมผ่านของยางยืด (elastomer) ทำให้แก๊สสามารถแพร่และขยายตัวที่ความดันต่ำ โดยอัตราการซึมผ่านจะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ความดัน ชนิดของแก๊ส และชนิดของยางยืด บริษัท เพฟเฟอร์ ยังชี้ว่า แหวนปิดผนึกจากยางยืดโดยธรรมชาติมีอัตราการซึมผ่านสูงกว่าเล็กน้อย และแม้ระบบจะไม่มีการรั่วไหลที่ชัดเจน แหวนปิดผนึกแบบยืดหยุ่นเองก็อาจส่งผลต่อความดันสุญญากาศต่ำสุดที่ระบบจะบรรลุได้

ประการที่สาม คือ การปล่อยก๊าซและสารระเหย สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ สารนุ่ม (plasticizer) สารที่ยังไม่ผ่านการบ่มอย่างสมบูรณ์ และความชื้นที่ถูกดูดซับไว้ในโอ-ริง จะถูกปล่อยออกมาหลังจากสัมผัสสุญญากาศแรงสูง การประเมินค่าการปล่อยก๊าซของวัสดุโดยคลังข้อมูลวัสดุของนาซ่า (NASA’s material outgassing data warehouse) ใช้วิธี ASTM E595 เพื่อวัดปริมาณการสูญเสียวัสดุรวม (TML) และปริมาณสารระเหยที่ควบแน่นกลับได้ (CVCM) ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศจริง โดยค่าเกณฑ์ทั่วไปคือ TML ≤ 1% และ CVCM ≤ 0.1% อย่างไรก็ตาม ค่าเหล่านี้เป็นมาตรฐานทั่วไปสำหรับการทำความสะอาดในอุตสาหกรรม ไม่ใช่ข้อกำหนดที่ทุกสถานการณ์สุญญากาศในอุตสาหกรรมจะต้องปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัด

ประการที่สี่ คือ มลพิษ ภาคอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การชุบโลหะ สเปกโตรสโกปี และกระจกออปติก ไม่กังวลมากนักกับการ ‘รั่วไหลของก๊าซเล็กน้อย’ แต่กลับกังวลอย่างยิ่งต่อการสะสมของสารระเหยบนผิวเวเฟอร์ แผ่นเป้าหมาย (targets) ผิวเลนส์ออปติก จุดสัมผัส และช่องว่างสำหรับการวิเคราะห์ บริษัท Parker ระบุว่าภายใต้สภาวะสุญญากาศ บางชนิดของน้ำมันที่ใช้ในสารประกอบยางสังเคราะห์ (elastomer compound oil) หรือส่วนประกอบของน้ำมันเหล่านั้น อาจเคลื่อนย้ายและสร้างฟิล์มบางๆ บนพื้นผิวใกล้เคียง ส่งผลให้คุณภาพพื้นผิวที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงลดลง

2. กำหนดระดับสุญญากาศและเกณฑ์การยอมรับก่อน

ก่อนการเลือก ต้องสอบถามตัวชี้วัดสามประการจากลูกค้าก่อน

ความดันในการทำงานเป้าหมายและความดันจำกัดคือเท่าใด

อุปกรณ์สุญญากาศระดับต่ำและระดับหยาบสามารถทนต่อภาระก๊าซที่ค่อนข้างสูงได้ ในขณะที่อุปกรณ์สุญญากาศระดับสูงหรือสูงมากจะไวต่อขีดจำกัดการซึมผ่านนี้อย่างมาก ตัวอย่างจาก Pfeiffer แสดงว่า ที่หน้าแปลน ISO-K ขนาด DN 500 ภายใต้สภาวะอากาศสุญญากาศและค่าความชื้นสัมพัทธ์ 60% ภาระก๊าซที่ซึมผ่านซีลยาง FKM อาจกลายเป็นจุดจำกัดความดัน และระบุว่าภาระก๊าซที่ซึมผ่านซีลยางยืดหยุ่น FKM อาจมีค่าถึง 4×10⁻⁷ พาสคาล·ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที

อัตราการรั่วที่ยอมรับได้คือเท่าใด

การตรวจจับการรั่วของสุญญากาศมักใช้หน่วยเป็นมิลลิบาร์·ลิตรต่อวินาที (mbar·L/s) หรือหน่วยวัดตามระบบสากล (SI) คือ พาสคาล·ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที (Pa·m³/s) คำแนะนำเกี่ยวกับอัตราการรั่วของบริษัท Pfeiffer ยังระบุว่า หน่วยหลักที่ใช้ในการตรวจจับด้วยฮีเลียมคือ mbar·L/s หรือ Pa·m³/s เพื่อแสดงอัตราการรั่ว ข้อมูลการตรวจจับการรั่วของบริษัท Leybold ชี้ให้เห็นว่า ความทนทานต่อการรั่วของระบบสุญญากาศแต่ละระดับนั้นแตกต่างกันมาก ระบบที่มีสุญญากาศต่ำสามารถยอมรับสภาพที่ไม่แน่นสนิทได้โดยสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ค่าที่ต่ำกว่า 10⁻⁷ mbar·L/s ถือว่าเป็น “กันแก๊สได้” ส่วนค่าที่ต่ำกว่า 10⁻¹⁰ mbar·L/s จะใกล้เคียงกับนิยามว่า “แน่นสนิทอย่างสมบูรณ์”

นี่คือการทดสอบการเพิ่มแรงดัน หรือการตรวจจับการรั่วด้วยสเปกโตรมิเตอร์มวลแบบใช้ฮีเลียม?

การทดสอบการเพิ่มแรงดันสามารถประมาณปริมาณก๊าซทั้งหมดได้จากอัตราการเพิ่มแรงดันต่อหน่วยเวลาภายในภาชนะ; หากเส้นโค้งการเพิ่มแรงดันมีแนวโน้มกระจายออก (divergence) จะบ่งชี้ถึงการรั่วจริงได้มากกว่า; หากเส้นโค้งเข้าใกล้ลักษณะเส้นตรงแต่ค่อยๆ ลู่เข้า (gently converging) จะบ่งชี้ถึงปริมาณก๊าซที่เกิดจากการซึมผ่านหรือการปลดปล่อยก๊าซ (permeation/outgassing) ได้มากกว่า ไลบ์โฮลด์ได้อธิบายความแตกต่างระหว่างผลการทดสอบการเพิ่มแรงดันกับเส้นโค้งของการซึมผ่าน/การปลดปล่อยก๊าซอย่างชัดเจน และระบุเพิ่มเติมว่า ปริมาณก๊าซต่ำกว่า 10⁻⁶ มิลลิบาร์·ลิตร/วินาที มักจำเป็นต้องใช้เครื่องตรวจจับการรั่วด้วยฮีเลียมเพื่อให้ได้ผลการวัดที่แม่นยำ

3. การเลือกวัสดุ: ห้ามพิจารณาเพียงแค่คำว่า "FKM/Viton"

3.1 FKM: ตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับอุปกรณ์สุญญากาศระดับสูงส่วนใหญ่

ยางฟลูออรีน FKM เป็นหนึ่งในวัสดุยางที่ใช้กันแพร่หลายที่สุดในงานสุญญากาศ O-ring วัสดุที่ใช้ได้กับอุปกรณ์สุญญากาศความดันต่ำสูงส่วนใหญ่ เครื่องมือ ระบบเคลือบผิว อินเทอร์เฟซปั๊มสุญญากาศ หน้าต่างสังเกตการณ์ ซีลแบบคงที่สำหรับข้อต่อ KF/ISO ฯลฯ เคิร์ต เจ. เลสเกอร์ ชี้ว่าเอลลาสโตเมอร์ชนิด FKM เป็นวัสดุซีลสุญญากาศที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดชนิดหนึ่ง มีคุณสมบัติต้านทานความร้อนสูง ต้านทานโอโซน ต้านทานออกซิเจน และเข้ากันได้กับน้ำมันและตัวทำละลายหลายชนิดได้ดี รวมทั้งมีอัตราการซึมผ่านของก๊าซต่ำค่อนข้างมาก แต่ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำโดยทั่วไปจะต่ำกว่า

ในการเลือกใช้ FKM จำเป็นต้องเน้นคำว่า "FKM สำหรับสุญญากาศ" หรือ "FKM ที่ปล่อยก๊าซต่ำ" โดยไม่ใช่ FKM ทั่วไปสำหรับงานอุตสาหกรรม หาก FKM ทั่วไปผ่านกระบวนการวัลคาไนเซชันหลังการผลิตไม่เพียงพอ พื้นผิวอาจยังมีสารหล่อลื่นจากแม่พิมพ์ หรือมีสารระเหยหรือสิ่งปนเปื้อนจากบรรจุภัณฑ์ อาจยังก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซสูงในระบบที่สุญญากาศได้

สถานการณ์ที่ใช้งานได้: ห้องสุญญากาศความดันต่ำสูง ระบบเคลือบผิว เครื่องมือห้องปฏิบัติการ อินเทอร์เฟซปั๊มสุญญากาศ ห้องเสริมทั่วไปสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

จุดความเสี่ยง: ไอออนเข้มข้นสูง กระบวนการกัดกร่อนรุนแรง การอบที่อุณหภูมิสูง อุปกรณ์สเปกตรัมแสงที่ต้องการความสะอาดสูงมาก จำเป็นต้องตรวจสอบหรือปรับปรุงเพิ่มเติม

3.2 FFKM: ใช้เป็นลำดับแรกสำหรับกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ ก๊าซกัดกร่อน และอุณหภูมิสูง

FFKM (พอลิเมอร์อีลาสโตเมอร์แบบเพอร์ฟลูโอโร) เหมาะสำหรับกระบวนการที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง กัดกร่อนรุนแรง พลาสม่า การกัดเซาะและสะสมฟิล์มบนชิปเซมิคอนดักเตอร์ คำอธิบายของบริษัท Kurt J. Lesker เกี่ยวกับ Kalrez 4079 ระบุว่า ผลิตภัณฑ์นี้ใช้งานได้ดีในสภาพแวดล้อมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ทั้งแบบแห้งและแบบเปียก มีความต้านทานสารเคมีสูงมาก ความเสถียรทางความร้อนยอดเยี่ยม และสูญเสียน้อยเมื่อสัมผัสกับพลาสม่าที่มีปฏิกิริยา

สถานการณ์ที่ใช้งานได้: การกัดเซาะเซมิคอนดักเตอร์ CVD/PVD ALD ก๊าซกระบวนการกัดกร่อน รอบการอบที่อุณหภูมิสูงซ้ำบ่อย

จุดความเสี่ยง: ราคาสูง; สูตร FFKM แต่ละชนิดแตกต่างกันมาก จึงจำเป็นต้องระบุเกรดที่ต้องการอย่างชัดเจน เช่น เทียบเท่าระดับโลหะไอออนต่ำ โลหะไอออนต่ำ อนุภาคต่ำ และการปล่อยก๊าซภายในต่ำ

3.3 EPDM: ไอน้ำ โอโซน ไอน้ำร้อน และบางสถานการณ์ที่มีรังสีสามารถพิจารณาใช้ได้

EPDM เหมาะสำหรับใช้กับน้ำ ไอน้ำร้อน โอโซน และสภาพแวดล้อมบางประเภทที่มีรังสี วัสดุปิดผนึกสุญญากาศของ Parker แนะนำให้พิจารณาใช้ EPDM เมื่อทำงานในน้ำร้อน ไอน้ำร้อน หรือสภาพแวดล้อมที่มีรังสี Kurt J. Lesker ยังระบุว่า EPDM มีความต้านทานต่อน้ำ ไอน้ำร้อน โอโซน การเสื่อมสภาพจากสภาพอากาศ น้ำมันแร่ เชื้อเพลิง และของเหลวไฮโดรคาร์บอนได้ดี แต่ไม่ทนต่อน้ำมัน

สถานการณ์ที่ใช้ได้: มีไอน้ำร้อนเป็นจำนวนมาก มีโอโซน ใช้ในการทำความสะอาดด้วยไอน้ำร้อน หรือสภาพแวดล้อมบางส่วนที่มีรังสี

จุดเสี่ยง: ไม่เหมาะเมื่อสัมผัสกับน้ำมันปั๊มสุญญากาศ ตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอน หรือละอองน้ำมัน

3.4 NBR: ต้นทุนต่ำ แต่ไม่เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความสะอาดสูงหรืองานที่มีข้อกำหนดเข้มงวด

ยางนิทริล (NBR) เป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการปิดผนึกสุญญากาศแบบต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับสุญญากาศทั่วไป สุญญากาศต่ำ และซีลประตูอุปกรณ์ทั่วไป รวมถึงสภาพแวดล้อมที่ไม่ต้องการความสะอาดเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ไม่แนะนำให้ใช้ NBR ในสุญญากาศสูงหรือสุญญากาศสูงมาก Kurt J. Lesker ระบุว่า NBR เป็นหนึ่งในวัสดุมาตรฐานที่มีต้นทุนค่อนข้างต่ำสำหรับงานสุญญากาศ แต่อัตราการซึมผ่านไอน้ำของมันสูงกว่า FKM ประมาณ 20 เท่า และไม่ควรใช้ในกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนหรือพลาสมาออกซิเจน

สถานการณ์ที่เหมาะสม: สุญญากาศหยาบ สุญญากาศต่ำ อุปกรณ์เครื่องจักรทั่วไป และอุปกรณ์ที่มีข้อจำกัดด้านต้นทุน

จุดเสี่ยง: ไอน้ำ โอโซน ไอออนออกซิเจน ความสะอาดสูง และข้อกำหนดแรงดันสุญญากาศสูงสุด

3.5 ยางซิลิโคน VMQ: มีความนุ่มตัวดีที่อุณหภูมิต่ำ แต่ต้องระมัดระวังเรื่องการซึมผ่านสุญญากาศและการปล่อยก๊าซ

ยางซิลิโคนที่ทนต่ออุณหภูมิต่ำ นุ่ม เหมาะสำหรับการใช้งานบางประเภทที่ต้องการการปิดผนึกที่อุณหภูมิต่ำ หรืองานที่ไม่ไวต่อการปนเปื้อน แต่ในระบบที่สุญญากาศสูงควรใช้ด้วยความระมัดระวัง เคิร์ต เจ. เลสเกอร์ ชี้ว่ายางซิลิโคนมีอัตราการซึมผ่านไอน้ำสูงกว่ายางเอฟเคเอ็มประมาณ 200 เท่า และอาจเกิดการลดลงของความยืดหยุ่น การแข็งตัว หรือปัญหาการยึดติดหลังสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน

สถานการณ์ที่ใช้งานได้: อุณหภูมิต่ำ ต้องการความนุ่มสูง ระดับสุญญากาศไม่จำเป็นต้องสูงมาก ความเสี่ยงจากการปนเปื้อนยอมรับได้

จุดที่ต้องระวัง: การซึมผ่านของไอน้ำ สารระเหย ความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนในระบบเซมิคอนดักเตอร์หรือออปติกส์ การบีบอัดภายใต้อุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน

3.6 ยางบิวทิล (IIR): ข้อได้เปรียบเรื่องการซึมผ่านของก๊าซต่ำ แต่ช่วงเงื่อนไขการใช้งานที่เหมาะสมแคบกว่า

อัตราการซึมผ่านก๊าซของยางบิวทิลต่ำ จึงเป็นวัสดุที่มีค่าสำหรับการปิดผนึกสุญญากาศแบบดั้งเดิม บริษัทพาร์เกอร์แมทเทอเรียลชี้แจงว่า คุณสมบัติของยางบิวทิลที่สามารถใช้งานได้ในระยะยาวสำหรับการปิดผนึกสุญญากาศนั้น เกิดจากความต้านทานการซึมผ่านของก๊าซที่โดดเด่น ควบคู่ไปกับอัตราการระเหยของก๊าซ (outgassing) ต่ำ การสูญเสียมวลต่ำ และความต้านทานต่อความชื้นที่ดี อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิสูง สื่อเคมี รังสี และกระบวนการผลิตของยางบิวทิลนั้นไม่กว้างขวางเท่ากับ FKM/FFKM จึงจำเป็นต้องมีการตรวจสอบความเหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะด้วย

สถานการณ์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน: สุญญากาศแบบคงที่ โดยให้ลำดับความสำคัญกับอัตราการซึมผ่านของก๊าซที่ต่ำ อุณหภูมิและสภาพแวดล้อมทางเคมีอยู่ในระดับปานกลาง

จุดเสี่ยง: อุณหภูมิสูง กรด สารออกซิไดเซอร์ที่เข้มข้น โอโซน และกระบวนการพิเศษ

3.7 กรณีใดบ้างที่ไม่ควรใช้แหวนโอ-ริงทำจากยาง

หากลูกค้าต้องการสุญญากาศระดับสูงพิเศษ การให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน ความสะอาดสุดขีด รังสีเข้มข้นมาก การซึมผ่านสุดขีด หรือความดันสุดท้ายต่ำมาก ควรพิจารณาใช้ซีลโลหะ เช่น แหวนทองแดงแบบ CF ลวดอินเดียม วัสดุยืดหยุ่น แหวนโลหะรูป C หรือแหวนโลหะรูป O เป็นต้น Pfeiffer ระบุอย่างชัดเจนว่า ในการใช้งานสุญญากาศระดับสูง ต้องการอายุการใช้งานยาวนาน รับภาระรังสีสูง หรือต้องการอัตราการซึมผ่านต่ำสุด ควรใช้องค์ประกอบซีลโลหะแทนวัสดุยืดหยุ่น

4. วิธีการกำหนดอัตราส่วนการบีบอัด: การซีลสุญญากาศมักต้องการการบีบอัดมากกว่าการซีลแบบสถิตทั่วไป

ปริมาณการบีบอัดของโอ-ริงสำหรับสุญญากาศมีผลโดยตรงต่ออัตราการรั่วไหล คำแนะนำการทดสอบโอ-ริงสุญญากาศของ Parker แสดงว่า ในการซีลแบบปลายหน้า ปรับเพิ่มปริมาณการบีบอัดสามารถลดอัตราการรั่วไหลได้อย่างชัดเจน กลไกหลักคือ การเพิ่มความยาวของเส้นทางที่ก๊าซต้องผ่าน การลดพื้นที่หน้าตัดที่ก๊าซจะเข้าสู่รอยต่อ และทำให้ยางสามารถเติมเต็มข้อบกพร่องขนาดเล็กบนพื้นผิวโลหะได้ดีขึ้น

แต่อัตราส่วนการบีบอัดไม่ใช่ยิ่งมากยิ่งดี ความบีบอัดที่มากเกินไปอาจทำให้ O-ring ถูกบีบอัดเกินขีดจำกัด อัตราการเติมร่องสูงเกินไป การขยายตัวจากความร้อนไม่มีพื้นที่รองรับ การเปลี่ยนรูปถาวรจากการบีบอัดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และในเวลาต่อมาอาจเกิดการรั่วไหลย้อนกลับได้ Parker ยังเตือนว่า ความบีบอัดสุดขีดอาจทำให้แรงดันส่งผลให้ O-ring ถูกบีบอัดเกินขีดจำกัด หากใช้ร่องตื้นเพื่อเพิ่มอัตราส่วนการบีบอัด ร่องนั้นต้องมีพื้นที่เพียงพอในการรองรับปริมาตรของ O-ring

โดยหลักปฏิบัติแล้ว สามารถเข้าใจได้ว่า:

ในตารางการออกแบบร่องปลายหน้าแปลนสุญญากาศของพาร์คเกอร์ อัตราการยุบตัวของโอ-ริงตามหน้าตัดต่าง ๆ ครอบคลุมช่วงประมาณ 19% ถึง 32% โดยขนาดที่แน่นอนควรคำนวณจากหน้าตัด ความลึกของร่อง ความกว้างของร่อง ทิศทางสุญญากาศด้านใน/ด้านนอก และรูปแบบการประกอบ

5. ความหยาบของผิว: ประเด็นที่น่ากังวลมากกว่าที่ลูกค้าคาดไว้

สิ่งที่การปิดผนึกสุญญากาศกลัวที่สุดคือรอยขีดข่วนและรอยเครื่องมือที่พาดผ่านแนวปิดผนึก แม้ว่าวัสดุโอ-ริงจะเหมาะสม แต่หากผิวฟลานจ์มีรอยร่องตัดขวาง รอยขีดข่วน หรือร่องรอยของอนุภาค ก็อาจก่อให้เกิด "การรั่วซึมที่มองไม่เห็น" ได้

พาร์คเกอร์แนะนำให้ใช้พื้นผิวฟลังจ์สำหรับปิดผนึกแบบสุญญากาศด้วยลายกลึงแบบวงแหวนรอบ และหลีกเลี่ยงเส้นการขึ้นรูปที่ตั้งฉากกับแนวเส้นซีลของโอ-ริง เคิร์ต เจ. เลสเกอร์ ยังชี้ว่า ความเสียหายต่อพื้นผิวโลหะหรือแก้วที่ข้ามรอยสัมผัสของโอ-ริง ตั้งแต่รอยขีดข่วนจากเครื่องมือไปจนถึงด้านนอกที่นำไปสู่ด้านสุญญากาศ อาจทำให้เกิดการรั่วได้

คำแนะนำเชิงปฏิบัติ:

พื้นผิวสัมผัสสำหรับการซีลควรระบุค่าความหยาบอย่างชัดเจน ไม่สามารถเขียนเพียงว่า "ผิวขึ้นรูปด้วยเครื่องจักร" ได้ การซีลแบบปลายหน้าสำหรับสุญญากาศระดับสูงสามารถอ้างอิงเกรด 16 RMS ได้ หากแบบแปลนใช้ค่า Ra ควรยืนยันวิธีการแปลงและยอมรับกับลูกค้าอย่างชัดเจน ห้ามเทียบค่า RMS กับ Ra แบบเหมารวมโดยอัตโนมัติ พื้นก้นร่อง ผนังข้างร่อง และพื้นผิวที่ประกอบกับฟลังจ์ ทั้งหมดต้องตรวจสอบหาเศษโลหะที่ยื่นออก รอยตัด หลุมกัดกร่อน และรอยบุ๋นจากอนุภาคหยาบ

6. ทางเลือกเชิงโครงสร้าง: การซีลแบบคงที่ที่ปลายหน้า เทียบกับการซีลแบบคงที่แบบรัศมี

ควรใช้ซีลแบบหน้าปลาย (face seal) เป็นอันดับแรกสำหรับการซีลสุญญากาศแบบนิ่ง เนื่องจากซีลแบบหน้าปลายสามารถสร้างแรงบีบอัดที่มั่นคงได้ง่ายกว่า และยังสะดวกต่อการตรวจจับด้วยฮีเลียมและการทำความสะอาดด้วย Parker แนะนำให้ใช้ซีลแบบหน้าปลายหรือซีลแบบร่องหน้าปลายเป็นหลักสำหรับการซีลสุญญากาศแบบนิ่ง โดยต้องคู่กับเกรดสุญญากาศที่เหมาะสมและแรงบีบอัดที่สูงขึ้น หากจำเป็นต้องใช้ซีลแบบรัศมี (radial seal) หรือซีลแบบเส้นทาง (path seal) จะไม่ให้ประสิทธิภาพที่ดีเท่ากับซีลแบบหน้าปลาย

ร่องแบบหางนกกระจอก (dovetail grooves) เหมาะสำหรับประตู การซีลแนวตั้ง และกรณีที่ต้องลดระยะเวลาในการบำรุงรักษา คุณสมบัติเด่นคือใช้พื้นที่น้อย แต่ไม่เหมาะกับการขยายตัวจากความร้อนและความต้านทานตัวทำละลายของวัสดุ Parker ยังระบุว่า ร่องแบบหางนกกระจอกถูกนำมาใช้นอกอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์น้อยมาก เพราะลักษณะรูปร่างของมันจำกัดปริมาตรช่องว่างที่ยอมรับได้ ช่วงอุณหภูมิที่ใช้งานได้ ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ และสถานะการละลายของคุณภาพ

แหวนโอสองชิ้นไม่ได้ดีกว่าโดยธรรมชาติเสมอไป คุร์ท เจ. เลสเกอร์ ระบุอย่างชัดเจนว่า หากไม่มีการสูบสุญญากาศแบบแยกส่วนระหว่างแหวนโอสองชิ้น แหวนโอสองชิ้นก็ไม่จำเป็นต้องดีกว่าแหวนโอหนึ่งชิ้นเสมอไป สำหรับวาล์วประตูสุญญากาศระดับสูง ห้องโหลดล็อก และวาล์วทางเข้าอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ สามารถใช้โครงสร้างการสูบสุญญากาศแบบ "แหวนโอสองชิ้นพร้อมร่องสูบสุญญากาศระหว่างกลาง" ได้ แต่โครงสร้างนี้จัดอยู่ในหมวดการออกแบบระบบ ไม่ใช่การเพิ่มแหวนโออีกหนึ่งชิ้นอย่างง่ายๆ

7. การปล่อยก๊าซจากวัสดุและการระเหยต่ำ: ต้องพิจารณาทั้งระบบสารประกอบ การปรับแต่งหลังการผลิต และการควบคุมแต่ละชุด

"การปล่อยก๊าซต่ำ" ไม่ใช่ชื่อของยางชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัตินี้โดยธรรมชาติ แต่เป็นผลร่วมจากหลายปัจจัย ได้แก่ ระบบสารประกอบ + สูตรผสม + ระบบการขึ้นรูปด้วยความร้อน + การอบหลังขึ้นรูป + การทำความสะอาด + การบรรจุภัณฑ์ + การควบคุมแต่ละชุด

ข้อมูลการระเหยของวัสดุจากนาซ่าอธิบายไว้ว่า มาตรฐาน ASTM E595 ใช้สำหรับวัดค่า TML และ CVCM ในสภาวะสุญญากาศ และสามารถใช้ตรวจสอบประสิทธิภาพการระเหยต่ำของวัสดุได้ ข้อมูลวัสดุที่มีอัตราการระเหยต่ำตามเกณฑ์นาซ่าของบริษัท Parker Chemomerics ก็ระบุเช่นกันว่า มาตรฐาน ASTM E595 ใช้วัดค่า TML และ CVCM โดยค่าแนวทางทั่วไปสำหรับการใช้งานของนาซ่าคือ TML ≤ 1% และ CVCM ≤ 0.1%

ควรกำหนดให้ผู้จัดจำหน่ายระบุในกระบวนการจัดซื้อ:

พาร์คเกอร์ยังชี้แจงว่า การอบสุญญากาศสามารถช่วยขจัดสารระเหยที่เหลืออยู่ได้ แต่อาจทำให้โอริงหดตัว และเปลี่ยนแปลงสมบัติความยืดหยุ่นและสมบัติที่อุณหภูมิต่ำ ดังนั้น จึงไม่สามารถถือว่า "การอบเพียงครั้งเดียว" เป็นกระบวนการที่ปลอดความเสี่ยงได้โดยอัตโนมัติ จำเป็นต้องตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของขนาด ความแข็ง และการเปลี่ยนรูปแบบถาวรจากการบีบอัด

8. ความสะอาด: มาตรฐานที่มองไม่เห็น สำหรับการปิดผนึกสุญญากาศ

ในระบบสุญญากาศ น้ำมันจากมือ ฝุ่น ใยสังเคราะห์ สารหล่อลื่นสำหรับถอดแม่พิมพ์ มลพิษจากน้ำมัน สารตกค้างจากตัวทำความสะอาด ล้วนอาจกลายเป็นแหล่งของภาระก๊าซหรือจุดรั่วได้ คำแนะนำด้านการทำความสะอาดสุญญากาศขั้นสูงของเคิร์ต จี. เลสเกอร์ ระบุว่า แหล่งมลพิษของชิ้นส่วนสุญญากาศ ได้แก่ ของเหลวหล่อเย็นที่ใช้ในการกลึง รอยสัมผัสจากมนุษย์และการจัดเก็บที่ไม่เหมาะสม มลพิษที่ละลายน้ำได้ ของเหลวสบู่ ความชื้นและแอลกอฮอล์ที่ตกค้าง รวมถึงขั้นตอนสุดท้ายที่จำเป็นต้องใช้การอบแห้งด้วยความร้อนและการบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสม

คำแนะนำด้านการปฏิบัติงานจริง:

ห้ามสัมผัสโอริงและพื้นผิวซีลโดยตรงก่อนติดตั้ง ให้ใช้ถุงมือที่ไม่ทิ้งเศษใย ผ้าไม่ทอ ตัวทำละลายที่สะอาด หรืออุปกรณ์จับยึดเฉพาะทาง ผิวของโอริงต้องไม่มีแป้งเด็ก ใยสังเคราะห์ เศษโลหะ น้ำมันหล่อเย็น สารหล่อลื่นทั่วไป หรือน้ำมันสำหรับการขนส่ง ลูกค้าในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และออปติกส์มักกำหนดให้ทำความสะอาดในห้องคลีนรูม บรรจุภัณฑ์แบบถุงซ้อนสองชั้น ติดฉลากตามล็อต และระบุวันหมดอายุของการเปิดบรรจุภัณฑ์

9. การเลือกวาโค่กรีส: มีประโยชน์ แต่ไม่จำเป็นต้องใช้โดยค่าเริ่มต้น

หน้าที่ของจาระบีสุญญากาศคือการเติมช่องว่างเล็กๆ บนผิวโลหะ เพื่อลดการรั่วซึมผ่านช่องทางจุลภาค และช่วยในการติดตั้ง การทดลองของพาร์เกอร์แสดงว่า จาระบีสุญญากาศชนิดประสิทธิภาพสูงสามารถลดการซึมผ่านของโอริงที่ถูกอัดแน่นได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่เมื่ออัดแน่นมากเกินไป ผลประโยชน์ที่ได้จากจาระบีจะไม่แน่นอน พไฟเฟอร์ยังระบุว่า จาระบีหล่อลื่นในปริมาณเล็กน้อยสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการเติมรอยขรุขระจุลภาคบนผิวและลดการรั่วซึม แต่หากใช้จาระบีหล่อลื่นมากเกินไป จะทำให้เกิดการปนเปื้อน ยึดพื้นที่สำหรับการขยายตัวจากความร้อน และอาจไหลเข้าสู่ด้านสุญญากาศจนก่อให้เกิดคราบตกค้างหรือปล่อยก๊าซออกมาใหม่

กลยุทธ์การเลือก:

ข้อสรุปของเพฟเฟอร์ชัดเจนมาก: การตัดสินใจว่าจะใช้จาระบีหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับระดับความสะอาดที่ระบบต้องการ โดยในสภาพแวดล้อมที่ต้องการความสะอาดสูงมาก การใช้จาระบีอาจไม่ยอมรับได้เลยแม้แต่น้อย หากจำเป็นต้องใช้ ควรเคลือบชั้นจาระบีให้บางมากจนแทบสัมผัสไม่รู้สึก ข้อมูลจากแอปีเซอนแสดงว่า จาระบีสำหรับสุญญากาศมีหลายระบบ เช่น ไฮโดรคาร์บอน ไม่มีซิลิโคน สำหรับสุญญากาศระดับสูง สุญญากาศระดับสูงพิเศษ และ PFPE ซึ่งแต่ละระบบเหมาะกับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและ/หรือมีกระบวนการออกซิเดชันหรือการกัดกร่อนอย่างรุนแรง แต่ทั้งหมดนี้จำเป็นต้องผ่านการตรวจสอบในขั้นตอนการผลิตจริง

ห้ามใช้จาระบีสีเหลืองทั่วไป สารหล่อลื่นทั่วไป หรือสารหล่อลื่นเชิงกลแทนจาระบีสำหรับสุญญากาศ แม้ผลิตภัณฑ์จะระบุว่าเป็น “จาระบีสำหรับสุญญากาศระดับสูง” ก็ไม่ได้หมายความว่าสามารถใช้ได้ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์หรือกระบวนการที่ไวต่อการปนเปื้อนทางแสง

10. วิธีการตรวจจับการรั่วของฮีเลียม: ต้องแยกแยะให้ชัดเจนระหว่างการรั่วจริง การซึมผ่าน (permeation) และการปล่อยก๊าซจากวัสดุ (outgassing)

ข้อเข้าใจผิดทั่วไปในการตรวจจับการรั่วของฮีเลียมภายใต้สุญญากาศที่ใช้ O-ring: คือเห็นสัญญาณฮีเลียมแล้วสรุปทันทีว่า O-ring เสียหาย แต่ความเป็นจริงอาจเกิดจากรอยขีดข่วนบนผิวหน้าซีล มีสิ่งสกปรกหรืออนุภาคติดอยู่ โครงสร้างร่องซีลว่างเปล่า การซึมผ่านของวัสดุ การปล่อยก๊าซจากวัสดุ หรือการปนเปื้อนจากสารหล่อลื่น

ขั้นตอนที่แนะนำ:

เริ่มต้นด้วยการทำความสะอาดและยืนยันการประกอบให้ถูกต้อง ตรวจสอบร่องซีล ผิวหน้าฟลานจ์ ผิวหน้า O-ring ความสม่ำเสมอของแรงบีบจากสกรู ความลึกของร่อง และอัตราการบีบอัด

จากนั้นทำการทดสอบการเพิ่มแรงดัน (pressure rise testing) สังเกตแนวโน้มของเส้นโค้งว่าเพิ่มขึ้นแบบเชิงเส้นหรือชะลอลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป หากแนวโน้มการเพิ่มแรงดันใกล้เคียงกับเส้นตรงมากกว่า แสดงว่ามีแนวโน้มสูงที่จะเกิดการรั่ว แต่หากแนวโน้มค่อยๆ เข้าสู่ภาวะคงที่มากขึ้น แสดงว่ามีแนวโน้มสูงที่เกิดจากการปล่อยก๊าซจากวัสดุ

สุดท้าย ให้ทำการตรวจจับการรั่วโดยใช้เครื่องวัดมวลสเปกโตรมิเตอร์ฮีเลียม สำหรับสุญญากาศระดับสูงและสุญญากาศระดับสูงพิเศษ มักใช้วิธีฉีดฮีเลียมภายนอกแล้วสังเกตการตอบสนองของสุญญากาศ เลย์บอลด์ชี้ว่า การตรวจจับด้วยฮีเลียมสามารถระบุตำแหน่งการรั่วได้อย่างแม่นยำ และวัดปริมาณการรั่วได้เชิงปริมาณ โดยการรั่วที่ต่ำกว่า 10⁻⁶ มิลลิบาร์·ลิตร/วินาที มักจำเป็นต้องใช้เครื่องตรวจจับการรั่วด้วยฮีเลียม

บันทึกอัตราการรั่วที่ได้รับมา ต้องระบุวิธีการทดสอบอย่างชัดเจน ได้แก่ วิธีฉีด วิธีดูดซับ วิธีห่อหุ้ม ความต่างของแรงดันที่ใช้ทดสอบ ความเข้มข้นของฮีเลียม เวลาในการตอบสนอง วิธีหักล้างค่าพื้นหลัง เวลาคงแรงดัน และเกณฑ์การตีความ มิฉะนั้น คำว่า "ผ่านการตรวจจับด้วยฮีเลียม" จะไม่มีความหมายเชิงวิศวกรรมใดๆ

11. แนวทางที่แนะนำสำหรับลูกค้าแต่ละกลุ่ม

ลูกค้าอุปกรณ์สุญญากาศ

พิจารณาเลือกใช้ยางฟลูออรีน (FKM) ที่มีการระเหยต่ำเป็นลำดับแรก เช่น FKM 75A หรือ FKM เกรดสุญญากาศ ติดตั้งแบบร่องปลายหน้าแปลน โดยมีอัตราการบีบอัดประมาณ 20%–30% พื้นผิวต้องมีค่าความหยาบ (RMS) อยู่ระหว่าง 16–32 ต้องพิจารณาว่าจำเป็นต้องอบสุญญากาศและตรวจจับด้วยฮีเลียมหรือไม่ ตามข้อกำหนดของลูกค้าเกี่ยวกับความดันสุญญากาศต่ำสุด ความถี่ในการบำรุงรักษาควรเข้มงวดมาก หากพื้นผิวเริ่มมีรอยสึกหรอเล็กน้อย อาจเคลือบไขมันสุญญากาศบางมากเป็นพิเศษ

ลูกค้าอุปกรณ์สำหรับงานวิเคราะห์ สเปกโตรสโกปี และเครื่องมือวัด

เน้นควบคุมปริมาณการระเหย การปล่อยสารระเหยได้ และพื้นหลังของการตรวจจับฮีเลียม เป็นลำดับแรกให้เลือกใช้ยางฟลูออรีน (FKM) หรือยางฟลูออรีน-เพอร์ฟลูออรีน (FFKM) ที่มีการระเหยต่ำ ใช้จาระบีหล่อลื่นน้อยที่สุดหรือไม่ใช้เลย ต้องบรรจุภัณฑ์ที่สะอาด มีระบบติดตามชุดผลิตภัณฑ์ และมีข้อมูลการตรวจสอบเบื้องต้นที่จำเป็น สำหรับห้องวิเคราะห์ที่ไวต่อสัญญาณ ควรให้ความสำคัญกับคุณภาพพื้นฐานของวัสดุเอง มากกว่าจะพิจารณาเพียงอัตราการรั่วไหลเท่านั้น

ลูกค้าอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

เลือกใช้สาร FFKM เป็นลำดับแรก สาร FKM ที่ต้านทานการกัดกร่อนจากไอออน สารที่มีไอออนโลหะต่ำ อนุภาคต่ำ และการระเหยของสาร (outgassing) ต่ำ โดยต้องระบุให้ชัดเจนว่าใช้กับกระบวนการก๊าซชนิดใด ประเภทพลาสม่า วงจรอุณหภูมิ ของเหลวสำหรับการทำความสะอาด ตำแหน่งของช่องว่างภายในระบบ ในกรณีส่วนใหญ่ไม่แนะนำให้ใช้น้ำมันหล่อลื่นสุญญากาศแบบสุ่ม จำเป็นต้องมีระบบติดตามที่มาของแต่ละล็อต มีบรรจุภัณฑ์ที่สะอาด มีใบรับรองคุณภาพ (COA) และต้องใช้เวลาเพียงพอในการจัดเตรียมข้อมูลการวิเคราะห์ค่า TML/CVCM การวิเคราะห์ไอออน ปริมาณอนุภาค และการยืนยันกระบวนการ

ลูกค้าที่ใช้อุปกรณ์ชุบเคลือบด้วยวิธีพลังงานความร้อน (Plating Equipment Customers)

หากเป็นกระบวนการ PVD แบบทั่วไป การระเหยภายใต้สุญญากาศ หรือการปิดผนึกประตูสุญญากาศ สามารถใช้สาร FKM ได้ แต่ถ้ามีอุณหภูมิสูง หรือมีก๊าซที่มีปฏิกิริยาเคมีรุนแรง หรือมีความเสี่ยงที่ชั้นเคลือบจะปนเปื้อน ควรเปลี่ยนไปใช้สาร FFKM หรือสารสูตรพิเศษที่มีการปนเปื้อนต่ำแทน ส่วนการปิดผนึกประตูสุญญากาศอาจพิจารณาใช้ซีลแบบโอริงสองชั้นพร้อมร่องดูดสุญญากาศระหว่างกลาง แทนที่จะเพิ่มโอริงเพียงชั้นเดียว

ลูกค้าด้านอุตสาหกรรมแสงและเลเซอร์ อวกาศ และสุญญากาศระดับสูงพิเศษ (UHV Customers)

หากมีพื้นผิวออปติกที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลง ต้องใช้สุญญากาศระดับสูงพิเศษ ต้องอบในสุญญากาศเป็นเวลานาน หรือมีข้อกำหนดเรื่องมลพิษที่เข้มงวดมากเป็นพิเศษ แหวนยางโอ-ริงอาจไม่เหมาะสม จึงควรประเมินวัสดุอีลาสโตเมอร์เป็นลำดับแรก โดยต้องมีข้อมูลอัตราการระเหยต่ำ การอบในสุญญากาศ การบรรจุภัณฑ์ที่สะอาด การหลีกเลี่ยงการใช้งานที่ไม่จำเป็น และการทดสอบการระเหยของระบบทั้งระบบอย่างสมบูรณ์

12. หัวข้อที่ต้องสอบถามอย่างแน่นอนระหว่างขั้นตอนการจัดซื้อหรือเสนอราคา

เมื่อจัดทำแบบฟอร์มการคัดเลือกเพื่อส่งให้ลูกค้าหรือผู้จัดจำหน่าย ควรมีหัวข้อนี้อย่างน้อย

13. การตัดสินใจเลือกสุดท้าย

สามารถตัดสินใจได้อย่างรวดเร็วตามเส้นทางการตัดสินใจต่อไปนี้:

• สุญญากาศหยาบหรือสุญญากาศต่ำทั่วไป ซึ่งมีความไวต่อต้นทุน: อาจพิจารณาใช้ NBR หรือ EPDM แต่ต้องยืนยันสื่อและอุณหภูมิให้แน่ชัด
• อุปกรณ์สุญญากาศสูงทั่วไป: FKM ที่ปล่อยก๊าซออกต่ำเป็นตัวเลือกหลัก
• อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ก๊าซกัดกร่อน พลาสม่าที่มีอุณหภูมิสูง: FFKM หรือ FKM ที่ออกแบบพิเศษเพื่อทนต่อไอออน
• ไอน้ำ ไอน้ำร้อน โอโซน: EPDM ให้ผลประเมินที่ยอดเยี่ยม
• ข้อกำหนดด้านความนุ่มต่ำที่อุณหภูมิต่ำ: อาจพิจารณาใช้ซิลิโคนหรือ EPDM แต่ต้องประเมินอย่างละเอียดเรื่องการซึมผ่านและการปล่อยก๊าซออก
• สุญญากาศสูงพิเศษ ความสะอาดสูงมาก การอบร้อนเป็นเวลานาน ความไวต่อการปนเปื้อนในระบบแสง: ควรใช้การปิดผนึกด้วยโลหะเป็นลำดับแรก; การใช้ O-ring แบบยางเป็นเพียงทางเลือกสำรองหลังผ่านการตรวจสอบและรับรองแล้วเท่านั้น

สรุปเป็นประโยคเดียว: การเลือก O-ring สำหรับปิดผนึกสุญญากาศไม่ได้เน้นว่า 'ยางชนิดใดทนทานที่สุด' แต่เน้นว่าอัตราการรั่วรวม การปล่อยก๊าซออก การซึมผ่าน การปนเปื้อน และพื้นผิวที่ติดตั้งสามารถควบคุมได้ภายใต้ระดับสุญญากาศที่กำหนดหรือไม่