שירות ואקום מטיל מתחים ייחודיים על אטמי חימום PFA. הפרש הלחץ-הלחץ האטמוספרי מחוץ למיכל (1 בר) לעומת כמעט -וואקום בפנים (עד 0.01 בר מוחלט)-יוצר כוח חיצוני נטו על מכלול האיטום. עבור חדירת מחמם טיפוסית בקוטר 50 מ"מ, הכוח הכולל מגיע ל-200-400 N (20-40 ק"ג) בניסיון למשוך את המחמם מקיר המיכל. במקביל, הוואקום שואב כל סוג נדיף (מים, ממיסים, אדי חומצה) מתוך פערים מיקרוסקופיים באיטום, מה שעלול לפגוע ב-PFA או בממשק האיטום. בין אטמי הברגה, אוגן ואטמי דחיסה, חיבור האוגן עם אטם אלסטומרי לכוד (FKM או FFKM) שומר בצורה הטובה ביותר על שלמות מחמם PFA תחת ואקום. התאמת הדחיסה (סוג פרול) מתפקדת בצורה מקובלת עבור ואקום מתון (עד 0.1 בר) אך נכשלת בוואקום גבוה יותר עקב זחילת PFA. חיבור ההברגה (NPT או BSP) אינו מתאים לשום שירות ואקום מכיוון שחברי PFA אינם יכולים לשמור על איטום גז- תחת לחץ שלילי.
התנהגות חותם תחת ואקום: מנגנוני כשל
תחת ואקום, מנגנון האיטום מתהפך משירות הלחץ. בשירות לחץ חיובי, הלחץ הפנימי דוחף את מחמם ה-PFA כלפי חוץ כנגד האיטום, ומשפר את המגע. תחת ואקום, הלחץ האטמוספרי החיצוני דוחף את המחמם פנימה, אך הפרש הלחץ קטן בהרבה (1 בר מקסימום לעומת . 10 בר אפשרי בשירות לחץ). מצב הכשל הקריטי אינו נשיפה-אלא דליפה דרך ערוצים מיקרוסקופיים. מכיוון שהוואקום שואב אוויר מפנים המיכל, כל נתיב דליפה מבחוץ יגרום לדליפה פנימה (אוויר לתוך המיכל), דבר שאינו מקובל באותה מידה בתהליכי ואקום הדורשים אטמוספרות אינרטיות או טוהר כימי.
עבור חיבורי PFA עם הברגה (NPT או BSP), האיטום מסתמך על הפרעות בהברגה. PFA הוא ויסקו אלסטי ויזחל תחת עומס מתמשך. בוואקום, חוסר הלחץ הפנימי כדי ללחוץ את החוטים כנגד משטח ההזדווגות גורם לחוטים להרפות את התאמת ההפרעות שלהם. לאחר 24-72 שעות תחת ואקום, חיבור PFA מושחל מפתח בדרך כלל קצב דליפה של 10⁻² עד 10⁻¹ mbar·L/s- שאינו מקובל עבור רוב יישומי ואקום. חומר איטום חוטים (קלטת PTFE או הדבקה) מספק שיפור זמני אך הקלטות זוחלות תחת ואקום, והדבק מוציא גזים תרכובות נדיפות שמזהמות את תא הוואקום.
אביזרי דחיסה (סוג פרול, דומה ל-Swagelok אך עם חודי PFA) אוטמים על ידי דחיסה של פרול פולימרי כנגד צינור ה-PFA וגוף ההתאמה. תחת ואקום, האיטום הראשוני עשוי להחזיק. עם זאת, PFA זוחל מתחת לדחיסה המתמשכת של החסימה. לאחר 500-2,000 שעות תחת ואקום, החסום מאבד 20-40% מכוח הלחיצה שלו. שיעור הדליפה הנובע עולה מ<10⁻⁵ mbar·L/s (acceptable for high vacuum) to 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (unacceptable). Re-tightening the compression nut can restore the seal, but each re-tightening reduces the remaining PFA wall thickness under the ferrule, limiting the number of cycles.
השוואה בין שיטות איטום תחת ואקום
| שיטת איטום | ואקום מרבי בר השגה (לחץ מוחלט) | קצב דליפה ראשוני (mbar·L/s) | קצב דליפה לאחר 1,000 שעות ב-0.01 בר | כשל קשור-לזחילה? | קצב יציאת גז (מים, חומרים אורגניים) | האפליקציה הטובה ביותר |
|---|---|---|---|---|---|---|
| NPT עם הברגה (PFA למתכת) | 0.5 בר (וואקום גרוע) | 10⁻¹–10⁰ | 10⁰–10¹ (מחמיר) | כן, שרשורים נרגעים תוך ימים | גבוה (יוצא גזים של חומר איטום חוטים) | לא מומלץ לשאוב |
| מושחל בסרט PTFE | 0.2 בר | 10⁻²–10⁻¹ | 10⁻¹–10⁰ | כן, קלטת זוחלת | גבוה מאוד (טייפ יוצא גזים) | זמני בלבד |
| התאמת דחיסה (חסום יחיד, PFA) | 0.05 בר | 10⁻⁴–10⁻³ | 10⁻³–10⁻² (לאחר 1,000 שעות) | כן, חוד זוחל | בינוני (יציאות גזים של פולימר פרול) | ואקום נמוך, ואקום לסירוגין |
| התאמת דחיסה (חסום מתכת על PFA) | 0.01 בר | 10⁻⁵–10⁻⁴ | 10⁻⁴–10⁻³ (לאחר 1,000 שעות) | כן, PFA תחת חוזים | נמוך (חסום מתכת, הוצאת גז מינימלית) | ואקום בינוני; לבדוק מדי שנה |
| מאוגן עם אטם אלסטומרי (FKM) | 10⁻⁵ בר (וואקום גבוה) | <10⁻⁶ | <10⁻⁶ | לא, האטם שומר על דחיסה | נמוך (קצב יציאת גז FKM 10⁻⁷–10⁻⁶ mbar·L/s·cm²) | ואקום גבוה, תהליכים נקיים |
| מאוגן עם אטם אלסטומרי (FFKM, perfluoroelastomer) | 10⁻⁷ בר (אולטרה-וואקום גבוה) | <10⁻⁸ | <10⁻⁸ | לא, FFKM יציב | נמוך מאוד (פחת גז FFKM מינימלית לאחר אפייה-) | כימיקלים אגרסיביים במיוחד בוואקום-גבוה |
| מאוגן עם אטם מתכת (נחושת או אלומיניום) | 10⁻⁹ בר | <10⁻¹⁰ | <10⁻¹⁰ | לא, מתכת לא זוחלת | אין (יציאת מתכת זניחה לאחר האפייה) | ואקום קיצוני (תנורי ואקום, מחקר) |
| חריץ O-טבעת באוגן PFA (אטם אינטגרלי) | 10⁻³ בר | 10⁻⁵–10⁻⁴ | 10⁻⁴–10⁻³ | כן, PFA זוחל מתחת ל-O-טבעת | נָמוּך | ואקום נמוך, רגיש לעלות- |
עיצוב חיבור מאוגן עבור שירות ואקום
עבור יישומי ואקום עד 0.01 בר (10 mbar אבסולוטי), מומלץ חיבור מאוגן עם אטם FKM לכוד. האוגן דוחס את האטם בין אוגן גיבוי מתכתי לקיר המיכל. למחמם PFA יש אוגן אינטגרלי (יצוק או מרותך). מאפייני העיצוב העיקריים לשלמות הוואקום: (1) האטם חייב להיות לכוד במלואו בחריץ כדי למנוע שחול; (2) יש להפעיל את כוח הדחיסה עם ברגים ודסקיות מתכת, לא דרך ה-PFA בלבד; (3) לאוגן ה-PFA צריך להיות תוספת מתכת או טבעת גיבוי כדי לפזר עומס בריח מבלי לזחול. עבור ואקום מתחת ל-0.01 בר (וואקום גבוה, 10⁻⁵ mbar ומטה), נדרש אטם FFKM (Kalrez או Chemraz) עקב ירידת גז נמוכה יותר. יש להפעיל מומנט את ברגי האוגן לערך שצוין (בדרך כלל 5-10 N·m עבור ברגי M8) ולחזק מחדש- לאחר 24 שעות כדי לפצות על זחילת PFA ראשונית. לאחר חיזוק-מחדש, אטם האוגן נשאר יציב במשך שנים תחת ואקום מתמשך.
עבור יישומי ואקום קיצוניים (10⁻⁶ mbar ומטה), אטם מתכת (נחושת או אלומיניום) דחוס בין מחמם PFA- עם אוגן לפתח מיכל מתכת הוא השיטה האמינה היחידה. עם זאת, אטם המתכת דורש מומנט ברגים גבוה (20–30 ננומטר) שעלול לגרום נזק לאוגן ה-PFA. במקרים כאלה, למחמם צריך להיות אוגן מתכת מוקף במלואו (PFA יצוק יתר על המידה על טבעת נירוסטה) כך שהאטם ממתכת-מתכת- אינו משתמש בדחיסת PFA.
אימות שדה עבור התקנות ואקום קיימות
עבור תנור חימום קיים המותקן תחת ואקום המראה סימני דליפה (עלייה בלחץ בתא הוואקום, זיהום מאדי אמבט), בצעו בדיקת דליפת הליום. חבר גלאי דליפת הליום לקו הוואקום של המיכל ורסס הליום סביב חותם המחמם. קצב דליפה העולה על 10⁻⁵ mbar·L/s מחייב אטימה מחדש. עבור אביזרי דחיסה, הניסיון הראשון צריך להיות-מומנט מחדש של האום (הגדל את המומנט ב-20% מעל הערך ההתחלתי). אם הדליפה נמשכת, החלף את החוד. עבור חיבורי אוגן עם אטמים אלסטומריים,-חיזוק הברגים למפרט המקורי משחזר לעתים קרובות את שלמות האיטום. אם הדליפה נמשכת לאחר{10}}מומנט חוזר, החלף את האטם. חיבורי אוגן עשויים לשרוד 5-10 החלפות אטמים לאורך חיי המחמם. חיבורי הברגה תחת ואקום שדלפו אינם ניתנים לתיקון מהימן; יש להחליף את כל מכלול החדירה בעיצוב מאוגן.
מסקנה: מאוגן עם אטם כלוא הטוב ביותר לשואקום
לשימור שלמות מחמם PFA תחת ואקום, חיבור האוגן עם אטם אלסטומר לכוד (FKM עבור ואקום בינוני, FFKM עבור ואקום גבוה) עדיף על אביזרי הברגה או דחיסה. חיבורי PFA עם הברגה זוחלים תחת ואקום ודולפים תוך שעות עד ימים. אביזרי דחיסה מחזיקים בוואקום מתון (עד 0.05 בר) בתחילה אך זוחלים על פני מאות שעות, הדורשים הידוק מחדש-תקופתי ובסופו של דבר החלפה. חיבורי אוגן עם לכידת אטם מתאימה וטבעות גיבוי מתכת שומרים על שיעורי דליפה מתחת ל-10⁻⁶ mbar·L/s במשך שנים תחת ואקום מתמשך עד ל-10⁻⁵ בר. מהנדסים המציינים מחממי PFA עבור שירות ואקום צריכים להורות על חיבורי אוגן עם מפרטי מומנט ונהלי-מומנט מחדש. עבור כל ואקום מתחת ל-0.1 בר מוחלט, יש לאסור חיבורי PFA עם הברגה לפי המפרט. העלות הנוספת של חיבור מאוגן (בדרך כלל 20-40% יותר מהברגה) מוחזרת באמצעות שלמות ואקום אמינה וביטול זמן השבתה לא מתוכנן לתחזוקת אטמים. כאשר רמת הוואקום דורשת לחצים מתחת ל-0.01 בר, אטמי FFKM וטבעות גיבוי ממתכת אינם אופציונליים-הם חובה להשגת ושימור זמן החזקת הוואקום הנדרש.
