Niêm phong chân không O-rings không thể được lựa chọn chỉ dựa trên "vật liệu + kích thước + độ cứng." Trong điều kiện vận hành chân không, sự cố niêm phong thường không đơn thuần là rò rỉ, mà là tải khí hình thành đồng thời bởi rò rỉ thực tế, thấm khí qua cao su, giải phóng khí từ vật liệu, nhiễm bẩn bề mặt, bay hơi chất bôi trơn và việc làm trống cấu trúc rãnh. Đối với khách hàng trong các lĩnh vực chân không cao, chân không cực cao, bán dẫn, mạ điện, quang phổ học, buồng quang học và các ứng dụng tương tự, chiến lược phản ứng cần được nâng cấp từ câu hỏi "liệu nó có giữ được áp suất hay không" lên câu hỏi "liệu tổng tải khí và rủi ro nhiễm bẩn có được kiểm soát hay không."

1. Vấn đề cốt lõi của gioăng O-ring chân không: Không phải áp suất, mà là tải khí

Các gioăng thủy lực và khí nén thông thường chủ yếu quan tâm đến chênh lệch áp suất, khả năng chống mài mòn và tính tương thích với môi chất; trong khi đó, gioăng chân không nên tập trung nhiều hơn vào:

Thứ nhất, rò rỉ thực sự. Mặt bích, rãnh, vết xước, dấu vết gia công và các hạt bị kẹt sẽ tạo thành một kênh vi mô hướng ra ngoài vòng đệm. Khí rò rỉ qua khe hở nhỏ này dễ dàng hơn chất lỏng, do đó các mối nối chân không cần chú ý đặc biệt đến chất lượng bề mặt làm kín. PARKER vật liệu làm kín chân không của công ty rõ ràng cho thấy khí hoặc độ nhám bề mặt vi khe ở rãnh làm kín chân không đặc biệt nhạy cảm, và khuyến nghị sử dụng độ nhám bề mặt tiếp xúc làm kín ở mức 16 RMS, đồng thời tránh các vệt gia công vuông góc cắt ngang đường làm kín.

Thứ hai, hiện tượng thấm. Ngay cả khi không có khuyết tật cơ học, khí vẫn có thể tạo ra tải khí đáng kể khi khuếch tán qua cấu trúc đàn hồi vào phía chân không áp suất thấp. Các hướng dẫn kỹ thuật của Kurt J. Lesker nêu rõ độ thấm của chất đàn hồi cho phép khí khuếch tán và giãn nở ở áp suất thấp; tốc độ thấm thay đổi theo nhiệt độ, áp suất, loại khí và loại chất đàn hồi; Pfeiffer cũng chỉ ra rằng các gioăng làm kín bằng chất đàn hồi vốn dĩ có độ thấm cao hơn một chút, và ngay cả khi hệ thống không có rò rỉ rõ ràng, bản thân các gioăng đàn hồi vẫn có thể ảnh hưởng đến áp suất giới hạn của chân không.

Thứ ba, hiện tượng thoát khí và chất bay hơi. Các chất có phân tử lượng thấp, chất làm dẻo, phần còn dư chưa đóng rắn và độ ẩm hấp phụ trong các gioăng O-ring sẽ bị giải hấp sau khi đưa vào môi trường chân không cao. Kho dữ liệu về hiện tượng thoát khí của vật liệu thuộc NASA sử dụng phương pháp ASTM E595 để đánh giá tổn thất tổng cộng của vật liệu trong môi trường chân không thực tế (TML) và chất bay hơi ngưng tụ lại được (CVCM), với các giá trị hướng dẫn phổ biến lần lượt là TML ≤ 1% và CVCM ≤ 0,1%; tuy nhiên, tiêu chuẩn này chỉ là một mốc chung cho việc làm sạch công nghiệp chứ không phải yêu cầu tuân thủ bắt buộc trong mọi tình huống chân không công nghiệp.

Thứ tư, nhiễm bẩn. Ngành bán dẫn, mạ điện, quang phổ học và gương quang học lo ngại nhất không phải là "rò rỉ một ít khí", mà là chất bay hơi lắng đọng trên bề mặt wafer, trên mục tiêu (target), trên bề mặt thấu kính quang học, tại các điểm tiếp xúc và trong các buồng phân tích. Parker chỉ ra rằng trong điều kiện chân không, một số loại dầu cao su tổng hợp hoặc thành phần của chúng có thể di chuyển và tạo thành lớp màng mỏng trên các bề mặt lân cận, gây suy giảm chất lượng bề mặt nhạy cảm.

2. Đầu tiên xác định cấp chân không và các chỉ số chấp nhận

Trước khi lựa chọn, cần hỏi khách hàng ba chỉ số sau:

Áp suất làm việc mục tiêu và áp suất giới hạn là bao nhiêu?

Thiết bị chân không thấp, chân không thô có thể chịu được tải khí tương đối lớn hơn; thiết bị chân không cao trở lên sẽ nhạy cảm với giới hạn thấm này. Ví dụ của Pfeiffer cho thấy: tại mặt bích ISO-K DN 500, vòng đệm kín bằng FKM trong điều kiện không khí chân không và độ ẩm 60%, tải khí do thấm có thể trở thành điểm nghẽn giới hạn áp suất, đồng thời nêu rõ tải khí do thấm qua gioăng đàn hồi FKM có thể đạt giá trị ở bậc 4×10⁻⁷ Pa·m³/s.

Tỷ lệ rò rỉ cho phép là bao nhiêu?

Việc phát hiện rò rỉ chân không thường sử dụng đơn vị mbar·L/s hoặc đơn vị SI Pa·m³/s. Hướng dẫn của Pfeiffer về tốc độ rò rỉ cũng nêu rõ, đơn vị phổ biến nhất trong phát hiện rò rỉ bằng heli là mbar·L/s hoặc Pa·m³/s để biểu thị tốc độ rò rỉ. Dữ liệu phát hiện rò rỉ của Leybold cho thấy, mức độ chịu đựng rò rỉ của các cấp chân không khác nhau chênh lệch rất lớn; chân không thấp có thể chấp nhận tình trạng hoàn toàn không kín; ví dụ: <10⁻⁷ mbar·L/s có thể gọi là "kín khí", <10⁻¹⁰ mbar·L/s gần hơn với thuật ngữ "kín tuyệt đối".

Đây là phép thử tăng áp suất, hay là phép phát hiện rò rỉ bằng máy quang phổ khối heli?

Kiểm tra tăng áp suất có thể ước tính tổng tải khí thông qua tốc độ tăng áp suất theo đơn vị thời gian trong buồng; nếu đường cong tăng áp suất có xu hướng phân kỳ, khả năng rò rỉ thực sự cao hơn; nếu đường cong tiến gần tới một đường thẳng nhưng hội tụ nhẹ hơn, khả năng cao là do tải khí. So sánh của Leybold giữa kiểm tra tăng áp suất và sự khác biệt của các đường cong thấm khí/khí thoát ra cũng được nêu rõ ràng, đồng thời chỉ ra rằng tải khí dưới mức 10⁻⁶ mbar·L/s thường cần sử dụng thiết bị dò rò khí heli để phát hiện chính xác.

3. Cách chọn vật liệu: Không thể chỉ dựa vào cụm "FKM/Viton"

3.1 FKM: Lựa chọn mặc định cho hầu hết thiết bị chân không cao

Cao su flo hóa FKM là một trong những loại cao su chân không phổ biến nhất Vòng chữ O vật liệu, thích hợp cho hầu hết thiết bị chân không cao, dụng cụ, thiết bị phủ, giao diện bơm chân không, cửa sổ quan sát, gioăng tĩnh mặt bích KF/ISO, v.v. Kurt J. Lesker chỉ ra rằng FKM là một trong những vật liệu đàn hồi dùng để làm kín chân không được sử dụng rộng rãi nhất, có khả năng chịu nhiệt độ cao tốt, kháng ôzôn, kháng ôxy và tương thích với nhiều loại dầu/dung môi, đồng thời có độ thấm khí tương đối thấp; tuy nhiên, hiệu suất ở nhiệt độ thấp của nó thường kém hơn.

Khi lựa chọn FKM, cần nhấn mạnh vào loại "FKM dành riêng cho chân không" hoặc "FKM có mức thoát khí thấp", chứ không phải FKM công nghiệp thông thường. FKM thông thường, nếu quá trình lưu hóa sau chưa đủ, bề mặt còn chất tách khuôn, hoặc chứa các chất dễ bay hơi hay nhiễm bẩn từ bao bì, vẫn có thể gây ra mức thoát khí cao hơn trong hệ thống chân không.

Các tình huống áp dụng: buồng chân không cao, thiết bị phủ, dụng cụ phòng thí nghiệm, giao diện bơm chân không, buồng phụ trợ bán dẫn thông thường.

Các điểm rủi ro: ion mạnh, quy trình ăn mòn mạnh, nướng ở nhiệt độ cao, thiết bị quang phổ độ sạch cao, cần xác minh thêm hoặc nâng cấp.

3.2 FFKM: Ưu tiên xem xét cho quy trình bán dẫn, khí ăn mòn và nhiệt độ cao

FFKM – cao su tổng hợp perfluoro phù hợp với các quy trình khắc nghiệt như nhiệt độ cao, ăn mòn mạnh, plasma, khắc/lắng đọng bán dẫn. Theo giải thích của Kurt J. Lesker về Kalrez 4079, sản phẩm này được sử dụng trong nhiều môi trường quy trình bán dẫn cả khô lẫn ướt, có khả năng chống hóa chất xuất sắc, ổn định nhiệt tốt và thể hiện mức tổn hao tương đối thấp trong plasma phản ứng.

Các tình huống áp dụng: khắc bán dẫn, CVD/PVD, ALD, khí quy trình ăn mòn, chu kỳ nướng ở nhiệt độ cao diễn ra thường xuyên.

Các điểm rủi ro: giá cao; sự khác biệt giữa các công thức FFKM rất lớn, do đó phải nêu rõ yêu cầu về cấp độ cụ thể như tương đương ion kim loại, hàm lượng kim loại thấp, hàm lượng hạt bụi thấp, tốc độ thoát khí thấp, v.v.

3.3 EPDM: Hơi nước, ôzôn, hơi nước nóng, một số tình huống phóng xạ có thể cân nhắc

EPDM phù hợp với nước, hơi nước, ôzôn, một số môi trường phóng xạ. Vật liệu làm kín chân không của Parker khuyến nghị sử dụng EPDM trong môi trường nước nóng, hơi nước hoặc khi có bức xạ hiện diện. Kurt J. Lesker cũng chỉ ra rằng EPDM có khả năng chống chịu tốt đối với nước, hơi nước, ôzôn, lão hóa do thời tiết, cũng như khả năng tương thích với dầu khoáng, nhiên liệu và các chất lỏng hydrocarbon, nhưng không kháng dầu.

Các tình huống áp dụng: hơi nước tương đối nhiều, ôzôn, làm sạch bằng hơi nước, một phần môi trường phóng xạ.

Các điểm rủi ro: không áp dụng khi tiếp xúc với dầu bơm chân không, dung môi hydrocarbon, sương mù dầu.

3.4 NBR: Chi phí thấp, nhưng không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ sạch cao hoặc điều kiện khắt khe

Cao su nitrile (NBR) thường được sử dụng trong niêm phong chân không chi phí thấp, phù hợp với chân không thông thường, chân không thấp và gioăng cửa thiết bị chung, cũng như môi trường không yêu cầu độ sạch cao. Tuy nhiên, NBR không phải là vật liệu ưu tiên cho chân không cao hoặc chân không cực cao. Kurt J. Lesker chỉ ra rằng NBR là một trong những vật liệu tiêu chuẩn có chi phí tương đối thấp trong ứng dụng chân không, nhưng tốc độ thấm hơi nước của nó cao gấp khoảng 20 lần so với FKM và không nên sử dụng trong các quy trình liên quan đến oxy hoặc plasma oxy.

Các tình huống áp dụng: chân không thô, chân không thấp, thiết bị máy móc chung, thiết bị nhạy cảm về chi phí.

Các điểm rủi ro: hơi nước, ozone, ion oxy, yêu cầu độ sạch cao, yêu cầu áp suất giới hạn chân không cao.

3.5 Cao su silicone VMQ: Độ mềm ở nhiệt độ thấp tốt, nhưng cần thận trọng với khả năng thấm chân không và hiện tượng thoát khí.

Cao su silicone chịu được nhiệt độ thấp, mềm, thích hợp cho một số ứng dụng làm kín ở nhiệt độ thấp hoặc các ứng dụng không nhạy cảm với nguy cơ nhiễm bẩn, nhưng cần thận trọng khi sử dụng trong các hệ thống chân không cao. Kurt J. Lesker chỉ ra rằng tốc độ thấm hơi nước của cao su silicone khoảng 200 lần so với FKM và có thể xuất hiện hiện tượng suy giảm độ đàn hồi, cứng hóa, cũng như vấn đề dính sau thời gian dài tiếp xúc ở nhiệt độ cao.

Các tình huống áp dụng: nhiệt độ thấp, yêu cầu độ mềm cao, cấp chân không không thuộc loại cao cấp, rủi ro nhiễm bẩn ở mức chấp nhận được.

Các điểm rủi ro: thấm hơi nước, chất dễ bay hơi, nhiễm bẩn thiết bị bán dẫn/quang học, nén lâu dài ở nhiệt độ cao.

3.6 Cao su butyl (IIR): ưu thế về độ thấm khí thấp, nhưng phạm vi điều kiện làm việc áp dụng hẹp hơn

Tỷ lệ thấm khí của cao su butyl thấp, nên đây là vật liệu quý trong niêm phong chân không truyền thống. Parker Material giải thích rằng đặc tính áp dụng lâu dài của cao su butyl trong niêm phong chân không chủ yếu nhờ khả năng chống thấm khí xuất sắc, đồng thời có mức thoát khí thấp, tổn thất khối lượng thấp và khả năng chống ẩm tốt. Tuy nhiên, khả năng tương thích của cao su butyl với nhiệt độ cao, môi trường hóa chất, bức xạ và quy trình sản xuất không rộng như FKM/FFKM, do đó cần xác minh ứng dụng cụ thể.

Các tình huống áp dụng: chân không tĩnh, ưu tiên mức thấm khí thấp, nhiệt độ và môi trường hóa chất ở mức vừa phải.

Các điểm rủi ro: nhiệt độ cao, axit, chất oxy hóa mạnh, ôzôn và các quy trình đặc biệt.

3.7 Khi nào KHÔNG NÊN sử dụng gioăng cao su dạng O-ring?

Nếu khách hàng yêu cầu chân không cực cao, nung nóng ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, độ sạch cực kỳ cao, bức xạ mạnh, thấm xuyên cực mạnh hoặc áp suất giới hạn rất thấp, cần xem xét sử dụng gioăng kim loại, ví dụ như gioăng đồng CF, dây indium, elastomer, vòng chữ C kim loại, vòng chữ O kim loại, v.v. Pfeiffer khẳng định rõ ràng rằng trong các ứng dụng chân không cao, tuổi thọ dài, tải bức xạ cao hoặc yêu cầu tốc độ thấm xuyên cực thấp, cần sử dụng các thành phần gioăng kim loại thay vì elastomer.

4. Cách xác định tỷ số nén: Việc làm kín chân không thường yêu cầu mức nén lớn hơn so với làm kín tĩnh thông thường

Lượng nén của vòng chữ O chân không ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ rò rỉ. Hướng dẫn thử nghiệm vòng chữ O chân không của Parker cho thấy, trong kiểu làm kín mặt đầu, tăng lượng nén có thể giảm rõ rệt tốc độ rò rỉ; cơ chế là làm tăng chiều dài đường đi của khí, giảm diện tích mặt cắt ngang nơi khí xâm nhập và giúp cao su lấp đầy tốt hơn các khuyết tật vi mô trên bề mặt kim loại.

Tuy nhiên, tỷ số nén không phải lúc nào cũng càng cao càng tốt. Nén quá mức có thể gây ra hiện tượng nén quá mức vòng đệm O-ring, tỷ lệ lấp đầy rãnh quá cao, không còn khoảng trống cho sự giãn nở nhiệt, làm tăng tốc độ biến dạng nén vĩnh viễn và sau đó gây rò rỉ ngược; Parker cũng lưu ý rằng nén cực đoan có thể khiến áp suất gây ra hiện tượng nén quá mức; nếu sử dụng rãnh nông để nâng cao tỷ số nén, thì rãnh phải có đủ dung tích để chứa toàn bộ thể tích vòng đệm O-ring.

Về mặt thực tiễn, điều này có thể được hiểu như sau:

Trong bảng thiết kế rãnh mặt đầu chân không của Parker, tỷ lệ nén vòng O theo tiết diện khác nhau bao quát khoảng từ 19% đến 32%; kích thước cụ thể cần được tính toán dựa trên tiết diện, độ sâu rãnh, chiều rộng rãnh cũng như hướng chân không bên trong/bên ngoài và dạng lắp ráp.

5. Độ nhám bề mặt: Vấn đề gây lo ngại hơn mức khách hàng tưởng tượng

Điều khiến việc làm kín chân không sợ nhất là các vết xước và dấu vết dụng cụ cắt ngang đường làm kín. Ngay cả khi vật liệu vòng O đã đúng, nếu bề mặt mặt bích có các dấu rãnh cắt ngang, vết xước hoặc dấu vết hạt, vẫn có thể tạo thành "rò rỉ vô hình."

Parker khuyến nghị bề mặt mặt bích niêm phong chân không nên sử dụng kết cấu tiện tròn theo chu vi và tránh các vệt gia công vuông góc với đường niêm phong của gioăng O-ring. Kurt J. Lesker cũng chỉ ra rằng, hư hại trên bề mặt kim loại hoặc thủy tinh cắt ngang vùng tiếp xúc của gioăng O-ring — từ các vết xước do dụng cụ đến phía ngoài dẫn vào phía chân không — có thể gây rò rỉ.

Các khuyến nghị thực tiễn:

Bề mặt tiếp xúc niêm phong cần ghi rõ độ nhám; không được chỉ ghi chung chung là "hoàn thiện bằng máy." Đối với gioăng tĩnh mặt đầu dùng trong chân không cao, có thể tham khảo cấp độ 16 RMS; nếu bản vẽ sử dụng thông số Ra, cần xác nhận với khách hàng phương pháp quy đổi và chấp nhận, không được đồng nhất cơ học giữa RMS và Ra. Đáy rãnh, thành rãnh và bề mặt ghép nối mặt bích đều phải kiểm tra kỹ để phát hiện ba-vi, dấu cắt, vết ăn mòn và vết lõm do hạt thô gây ra.

6. Lựa chọn cấu trúc: Gioăng tĩnh mặt đầu so với gioăng tĩnh hướng kính

Kín khí chân không tĩnh nên ưu tiên sử dụng kiểu kín mặt đầu (kín mặt). Kiểu kín mặt đầu dễ tạo ra lực nén ổn định hơn và cũng thuận tiện hơn cho việc dò rò khí heli cũng như làm sạch. Parker khuyến nghị ưu tiên dùng rãnh mặt đầu hoặc kín mặt cho ứng dụng kín khí chân không tĩnh, đồng thời kết hợp với cấp độ chân không phù hợp và lực nén cao hơn; nếu bắt buộc phải dùng kiểu kín hướng kính hoặc kín theo đường dẫn thì hiệu suất đạt được sẽ không tốt bằng.

Rãnh hình răng cưa (dovetail) thích hợp cho cửa và kín theo phương thẳng đứng, giúp giảm thời gian bảo trì, đặc điểm nổi bật là chiếm diện tích nhỏ, nhưng kém thân thiện với hiện tượng giãn nở nhiệt và khả năng chống dung môi của vật liệu. Parker cũng lưu ý rằng kiểu rãnh hình răng cưa ít được áp dụng bên ngoài ngành vi điện tử do đặc điểm hình dạng của nó giới hạn thể tích có thể bị bỏ trống, phạm vi nhiệt độ, dung sai và trạng thái hòa tan chất lượng đều dễ bị ảnh hưởng hơn.

Hai vòng đệm O không tự nhiên tốt hơn, Kurt J. Lesker nêu rõ: nếu không có bơm chênh lệch giữa hai vòng đệm O, thì việc dùng hai vòng đệm O không nhất thiết tốt hơn một vòng đệm O; đối với van cửa chân không cao, buồng nạp (load lock), và van cổng bán dẫn, có thể áp dụng cấu trúc bơm "hai vòng đệm O + rãnh bơm trung gian", nhưng đây thuộc về thiết kế hệ thống, chứ không đơn thuần là thêm một vòng đệm.

7. Khí thoát ra và độ bay hơi thấp: Cần xem xét toàn bộ hệ thống hợp chất, xử lý sau và lô sản xuất

"Độ thoát khí thấp" không phải là tên gọi cố định của một loại cao su nào đó mà được duy trì một cách tự nhiên, mà do hệ thống pha trộn + công thức pha chế + hệ thống lưu hóa + xử lý sau lưu hóa + làm sạch + đóng gói + kiểm soát lô sản xuất cùng quyết định.

Dữ liệu về hiện tượng bay hơi của NASA giải thích rằng tiêu chuẩn ASTM E595 được sử dụng để đo chỉ số TML và CVCM trong môi trường chân không, và có thể dùng để xác minh hiệu suất bay hơi thấp của vật liệu. Dữ liệu về vật liệu có chỉ số bay hơi thấp theo tiêu chuẩn NASA của Parker Chemomerics cũng nêu rõ rằng ASTM E595 đo các chỉ số TML và CVCM; các giá trị hướng dẫn phổ biến trong ứng dụng của NASA là TML ≤ 1% và CVCM ≤ 0,1%.

Cần yêu cầu nhà cung cấp khi mua hàng:

Parker cũng lưu ý rằng việc nung chân không có thể giúp loại bỏ các chất dễ bay hơi còn sót lại, nhưng có thể gây co rút vòng đệm O-ring, đồng thời làm thay đổi tính đàn hồi và hiệu suất ở nhiệt độ thấp. Do đó, không thể đơn giản coi "nhiệt luyện một lần" là quy trình không rủi ro; cần xác nhận sự thay đổi về kích thước, độ cứng và biến dạng nén vĩnh viễn.

8. Độ sạch: Chỉ số "vô hình" của niêm phong chân không

Trong các hệ thống chân không, dầu từ tay, bụi, sợi, chất giải phóng khuôn, nhiễm bẩn do dầu, dư lượng chất tẩy rửa đều có thể trở thành nguồn tải khí hoặc điểm rò rỉ. Các khuyến nghị về làm sạch chân không cao của Kurt J. Lesker chỉ ra rằng các nguồn gây nhiễm bẩn cho linh kiện chân không bao gồm dung dịch làm mát khi gia công cơ khí, tiếp xúc bằng tay người và bảo quản không đúng cách, nhiễm bẩn hòa tan trong nước, dung dịch xà phòng, độ ẩm và dư lượng cồn; cuối cùng cần sử dụng phương pháp sấy nhiệt và đóng gói phù hợp.

Khuyến nghị vận hành thực tế:

Không chạm trực tiếp vào các gioăng O-ring và bề mặt làm kín trước khi lắp đặt. Sử dụng găng tay không xơ, vải không dệt, dung môi sạch hoặc đồ gá chuyên dụng. Bề mặt gioăng O-ring không được có bột talc, sợi, vụn kim loại, dung dịch gia công, chất bôi trơn thông thường hoặc dầu vận chuyển. Khách hàng trong lĩnh vực bán dẫn và quang học thường yêu cầu làm sạch trong phòng sạch, đóng gói trong túi sạch kép, dán nhãn theo lô và ghi rõ hạn sử dụng sau khi mở bao bì.

9. Cách chọn mỡ chân không: Hữu ích, nhưng không bắt buộc phải dùng theo mặc định

Chức năng của mỡ chân không là lấp đầy các chỗ gồ ghề vi mô trên bề mặt kim loại, giảm rò rỉ qua các kênh vi mô và hỗ trợ lắp đặt. Các thí nghiệm của Parker cho thấy mỡ chân không chất lượng cao có thể giảm đáng kể hiện tượng thấm qua gioăng O-ring bị nén; tuy nhiên, khi mức độ nén quá lớn, lợi ích do mỡ mang lại sẽ trở nên không ổn định. Pfeiffer cũng chỉ ra rằng một lượng nhỏ mỡ bôi trơn có thể cải thiện việc lấp đầy các khuyết tật vi mô trên bề mặt và giảm rò rỉ, nhưng nếu dùng quá nhiều mỡ bôi trơn thì có thể gây nhiễm bẩn, chiếm dụng khoảng trống dành cho giãn nở nhiệt và thậm chí xâm nhập vào phía chân không, tạo thành cặn hoặc giải phóng khí lại (re-outgassing).

Chiến lược lựa chọn:

Kết luận của Pfeiffer rất trực tiếp: việc có sử dụng mỡ hay không phụ thuộc vào mức độ sạch yêu cầu của hệ thống; trong môi trường đòi hỏi độ sạch cao, việc bôi trơn có thể hoàn toàn không được chấp nhận; nếu vẫn dùng, lớp phủ phải cực kỳ mỏng, gần như không cảm nhận được bằng tay. Dữ liệu của Apiezon cho thấy mỡ chân không gồm nhiều hệ khác nhau — hydrocarbon, không chứa silicone, chân không cao, chân không cực cao và PFPE — phù hợp với các môi trường khác nhau có nhiệt độ cao và/hoặc oxy hóa/ăn mòn mạnh, nhưng đều cần xác minh quy trình.

Không được dùng mỡ vàng thông thường, chất bôi trơn thông thường hay chất bôi trơn cơ khí để thay thế mỡ chân không; ngay cả khi được ghi nhãn là "mỡ chân không cao" cũng không đồng nghĩa với việc có thể áp dụng trong quy trình bán dẫn hoặc quy trình nhạy cảm với nhiễm bẩn quang học.

10. Cách thực hiện kiểm tra rò rỉ heli: Phải phân biệt rõ giữa rò rỉ thực sự, hiện tượng thấm qua vật liệu (permeation) và hiện tượng giải phóng khí từ vật liệu (outgassing)

Một vùng hiểu lầm phổ biến khi kiểm tra rò rỉ heli trong môi trường chân không liên quan đến gioăng cao su O-ring: việc quan sát thấy tín hiệu heli ngay lập tức được giả định là gioăng O-ring bị hư hỏng. Thực tế, nguyên nhân có thể do vết xước trên bề mặt làm kín, dị vật kẹt, cấu trúc rãnh làm kín bị trống, hiện tượng thấm qua vật liệu, hiện tượng giải phóng khí từ vật liệu hoặc nhiễm bẩn do chất bôi trơn.

Quy trình đề xuất:

Đầu tiên, thực hiện làm sạch và xác nhận lắp ráp. Kiểm tra rãnh làm kín, bề mặt mặt bích, bề mặt gioăng O-ring, độ đồng đều của lực siết bu-lông, chiều sâu rãnh và tỷ lệ nén.

Tiếp theo, thực hiện kiểm tra tăng áp. Quan sát xem đường cong tăng áp có tăng tuyến tính hay giảm dần tốc độ tăng; nếu xu hướng tăng áp gần với một đường thẳng, khả năng cao là do rò rỉ; nếu xu hướng tăng áp dần tiến tới trạng thái ổn định, khả năng cao là do hiện tượng giải phóng khí từ vật liệu.

Cuối cùng, thực hiện kiểm tra rò rỉ bằng máy phổ khối heli. Đối với chân không cao và chân không cực cao, thường sử dụng phương pháp phun heli từ bên ngoài và quan sát phản ứng chân không. Leybold lưu ý rằng việc dò rò rỉ bằng heli có thể xác định vị trí rò rỉ một cách chính xác đồng thời đo lường định lượng mức độ rò rỉ nhỏ; thông thường, các rò rỉ dưới 10⁻⁶ mbar·L/s cần sử dụng thiết bị dò rò rỉ bằng heli.

Các bản ghi về tốc độ rò rỉ đã nhận phải nêu rõ phương pháp thử nghiệm: phương pháp phun, phương pháp hấp thụ, phương pháp bao bọc, chênh lệch áp suất thử nghiệm, nồng độ heli, thời gian phản ứng, phương pháp trừ nhiễu nền, thời gian giữ áp suất và ngưỡng diễn giải. Nếu không, cụm từ "đạt yêu cầu kiểm tra bằng heli" sẽ không có ý nghĩa kỹ thuật.

11. Hướng dẫn đề xuất dành cho các khách hàng khác nhau

Khách hàng thiết bị chân không

Ưu tiên xem xét sử dụng FKM 75A có độ thoát khí thấp hoặc FKM đạt chuẩn chân không; rãnh mặt cuối; độ nén khoảng 20–30%; độ nhám bề mặt ở mức 16–32 RMS; quyết định việc nung chân không và kiểm tra rò rỉ bằng heli dựa trên yêu cầu áp suất giới hạn của khách hàng; tần suất bảo trì phải nghiêm ngặt; nếu bề mặt đã xuất hiện mài mòn nhẹ, có thể bôi một lớp mỡ chân không cực mỏng.

Khách hàng thiết bị đo lường, quang phổ và phân tích

Tập trung kiểm soát độ thoát khí, chất dễ bay hơi và nền phát hiện heli. Ưu tiên chọn FKM hoặc FFKM có độ thoát khí thấp; sử dụng ít mỡ bôi trơn hoặc không dùng mỡ; yêu cầu bao bì sạch, khả năng truy xuất theo lô và dữ liệu xác minh sơ bộ cần thiết. Buồng phân tích nhạy cảm cần tập trung vào nền chất lượng vốn có của vật liệu, chứ không chỉ xem xét tốc độ rò rỉ.

Khách hàng ngành bán dẫn

Chọn ưu tiên FFKM, FKM chống ăn mòn ion, hàm lượng ion kim loại thấp, hàm lượng hạt vi mô thấp, tối ưu hóa công thức có độ thoát khí thấp. Cần làm rõ loại khí quy trình, loại plasma, chu kỳ nhiệt độ, dung dịch làm sạch, vị trí buồng. Trong hầu hết trường hợp, không khuyến khích sử dụng mỡ chân không một cách tùy ý. Yêu cầu khả năng truy xuất theo lô, bao bì sạch, chứng nhận phân tích (COA), và thời gian cần thiết để cung cấp dữ liệu TML/CVCM, phân tích ion, kiểm tra hạt vi mô và xác minh quy trình.

Khách hàng thiết bị mạ

Nếu là PVD thông thường, bay hơi, hoặc gioăng cửa chân không, có thể dùng FKM; nếu có nhiệt độ cao, khí hoạt tính hoặc nguy cơ nhiễm bẩn lớp phủ, nên nâng cấp lên FFKM hoặc công thức chuyên biệt ít nhiễm bẩn; đối với gioăng cửa, cũng có thể xem xét thiết kế hai gioăng O-ring kèm rãnh bơm trung gian thay vì đơn thuần thêm một gioăng O-ring.

Khách hàng quang học, hàng không vũ trụ, chân không cực cao

Nếu có bề mặt quang học nhạy cảm, chân không cực cao, nung nóng dài hạn hoặc yêu cầu về độ nhiễm bẩn nghiêm ngặt đặc biệt, thì gioăng cao su dạng O-ring có thể không phù hợp; cần ưu tiên đánh giá vật liệu đàn hồi, với dữ liệu thoát khí thấp, khả năng nung trong chân không, bao bì sạch, loại bỏ việc sử dụng không cần thiết và kiểm tra thoát khí toàn hệ thống.

12. Các lĩnh vực bắt buộc phải hỏi khi mua hàng/báo giá

Khi phát hành bảng chọn lựa cho khách hàng hoặc nhà cung cấp, ít nhất phải bao gồm các lĩnh vực sau:

13. Quyết định lựa chọn cuối cùng

Có thể nhanh chóng đưa ra đánh giá theo lộ trình quyết định sau đây:

• Chân không thô / chân không thấp thông thường, nhạy cảm về chi phí: có thể xem xét NBR hoặc EPDM, nhưng phải xác nhận môi chất và nhiệt độ.
• Thiết bị chân không cao thông thường: FKM có mức thoát khí thấp là lựa chọn chủ yếu.
• Bán dẫn, khí ăn mòn, plasma nhiệt độ cao: FFKM hoặc FKM chuyên dụng chống ion.
• Hơi nước, hơi nước bão hòa, ôzôn: EPDM được đánh giá xuất sắc.
• Yêu cầu độ mềm ở nhiệt độ thấp: có thể xem xét cao su silicone hoặc EPDM, nhưng phải đánh giá kỹ khả năng thấm qua và thoát khí.
• Chân không cực cao, độ sạch cao, nung nóng dài hạn, nhạy cảm với nhiễm bẩn quang học: ưu tiên làm kín bằng kim loại; vòng đệm cao su dạng O-ring chỉ được dùng như giải pháp thay thế sau khi đã được kiểm chứng.

Tóm lại trong một câu: việc lựa chọn vòng đệm cao su dạng O-ring cho ứng dụng chân không không tập trung vào "loại cao su nào bền nhất", mà vào việc liệu tổng lưu lượng rò rỉ, thoát khí, thấm qua, nhiễm bẩn và bề mặt lắp đặt có được kiểm soát hiệu quả ở độ chân không mục tiêu hay không.