Para aplicaciones de alto-vacío que requieren presiones tan bajas como 0,01 mbar (10⁻⁵ bar), un solo sello de junta tórica-en una brida de montaje del calentador de PFA suele ser insuficiente debido a la permeación a través del elastómero y a las micro-fugas en la interfaz. Un sistema de sellado de doble junta tórica con un puerto de vacío intermedio (un sello doble "bombeado") puede reducir las tasas de fuga de 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s (sello simple) a 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s, lo cual es aceptable para la mayoría de los procesos de alto-vacío. Los dos anillos O-crean un volumen protegido; cualquier gas que se escape más allá de la primera junta tórica se elimina mediante una bomba de vacío antes de que pueda llegar a la segunda junta tórica. Para los niveles de vacío más altos (10⁻⁷ mbar y menos), se requiere una brida metálica-sellada (estilo ConFlat). El sistema de doble junta tórica no supone una eliminación completa sino una reducción espectacular. Es muy eficaz para vacío medio a alto (10⁻³ a 10⁻⁶ mbar). Para los calentadores de PFA, la complejidad adicional se justifica sólo cuando el proceso requiere tasas de fuga inferiores a 10⁻⁵ mbar·L/s.
Vías de fuga y función de doble sello
En un solo sello de junta tórica (Viton o FFKM), la fuga se produce a través de tres vías: (1) permeación de gas a través del elastómero (10⁻⁵–10⁻⁷ mbar·L/s por cm de longitud del sello), (2) micro-canales en la interfaz de brida de la junta tórica- (10⁻⁴–10⁻³ mbar·L/s para una brida de 100 mm) y (3) la interfaz metálica PFA-en sí (la funda del calentador pasa a través de la brida). Un solo sello normalmente logra una tasa de fuga de 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s, demasiado alta para un vacío alto-.
Un sistema de doble junta tórica agrega una segunda junta tórica y un puerto de vacío entre ellos. El espacio entre las juntas tóricas se evacua mediante una pequeña bomba de vacío auxiliar. Cualquier gas que se escape más allá de la primera junta tórica se bombea inmediatamente y nunca llega a la segunda junta tórica. La tasa de fuga efectiva se convierte en el producto de: (tasa de fuga del primer sello) × (tasa de fuga del segundo sello) / (velocidad de bombeo). En la práctica, se pueden alcanzar tasas de fuga de 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s.
Comparación de tasas de fuga para brida de calentador de PFA de 50 mm
| Configuración del sello | Materiales | Tasa de fuga alcanzable (mbar·L/s) | Nivel de vacío adecuado | Aumento de costos (%) |
|---|---|---|---|---|
| Anillo tórico único (compresión) | FKM | 10⁻³–10⁻⁴ | 1–10 mbar (vacío aproximado) | 0% |
| Anillo tórico único (FFKM, Kalrez) | FFKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1–1 mbar | +10% |
| Junta tórica única con sellador de ranuras (grasa para aspiradora) | FKM + grasa | 10⁻⁵–10⁻⁶ | 0,01–0,1 mbar | +15% |
| Doble junta tórica (no-bombeada) | FKM + FKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1–1 mbar | +20% |
| Doble junta tórica (bomba bombeada y rugosa) | FKM + FKM | 10⁻⁶–10⁻⁷ | 10⁻⁵–10⁻⁴ mbar | +35% |
| Doble junta tórica (bombeada, turbobomba) | FFKM + FFKM | 10⁻⁸–10⁻⁹ | 10⁻⁷–10⁻⁶ mbar | +50% |
| Junta metálica (ConFlat, junta de cobre) | Cobre o aluminio | <10⁻¹⁰ | Vacío ultra-alto | +100% |
| Transición soldada de PFA-a-metal (hermética) | PFA soldado a brida metálica | <10⁻¹⁰ (through PFA) | Limitado por la permeación de PFA | +200% |
Instalación práctica para un calentador de PFA
Para implementar un sello de junta tórica doble-en una brida de calentador de PFA para servicio de alto-vacío:
Diseño de brida: La brida de PFA debe tener dos ranuras para juntas tóricas concéntricas (separadas entre 15 y 25 mm) en el lado del tanque. La región entre las juntas tóricas tiene un puerto (1/4 de pulgada o 6 mm) conectado a una bomba de vacío (paleta giratoria, con capacidad de 10⁻² mbar).
material de junta tórica: Utilice FFKM (Kalrez, Chemraz) para compatibilidad química con medios agresivos. FKM (Viton) es aceptable para vapores no-agresivos.
Esfuerzo de torsión: Apriete los pernos de brida uniformemente (en forma de estrella) para comprimir las juntas tóricas entre un 20 % y un 25 % de su diámetro de sección transversal.
Bombeo: El volumen entre-sello debe bombearse continuamente durante el funcionamiento. Una pequeña bomba de vacío dedicada (10 L/min) es suficiente.
funda calefactora: El punto de salida de PFA-al-núcleo metálico en el extremo frío es otra posible ruta de fuga. Utilice un sobremolde de silicona (consulte el artículo 87) o un sello de fuelle metálico soldado.
Ejemplo de campo
Una cámara de investigación de semiconductores requería un calentador de PFA para mantener 80 grados en alto vacío (10⁻⁵ mbar). Un solo sello de junta tórica provocó picos de presión (10⁻³ mbar) debido a fugas alrededor de la brida del calentador. El sistema se actualizó a un sello de doble junta tórica bombeada (dos juntas tóricas de FKM, puerto intermedio conectado a una pequeña bomba de diafragma). La presión de la cámara se mantuvo estable a 2×10⁻⁶ mbar durante 6 meses. El calentador se utilizó con éxito para múltiples ejecuciones de deposición. El costo adicional fue de $500 por la modificación de la brida y la bomba.
Limitaciones del PFA en alto vacío
Incluso con sellos perfectos, la propia funda de PFA desgasifica (libera agua absorbida y disolventes residuales) y es permeable a los gases. A presiones inferiores a 10⁻⁶ mbar, la presión de fondo estará limitada por la desgasificación del PFA (normalmente 10⁻⁶–10⁻⁷ mbar). Para vacío ultra-alto (UHV,<10⁻⁸ mbar), PFA cannot be used regardless of sealing. For medium to high vacuum (10⁻³ to 10⁻⁶ mbar), PFA with a double O-ring seal is acceptable.
Conclusión: La junta tórica doble con bombeo reduce las fugas a 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s
Para aplicaciones de alto-vacío de hasta 0,01 mbar (10⁻⁵ bar), un sistema de sellado con junta tórica doble en una brida de montaje del calentador de PFA, con el volumen del sello inter-evacuado por una bomba, reduce las tasas de fuga de 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s (sello simple) a 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s. Esto es suficiente para la mayoría de los procesos de vacío medio y alto.- El sistema no elimina por completo las fugas, pero las reduce entre 2 y 4 órdenes de magnitud. Para presiones inferiores a 10⁻⁶ mbar, considere sellos metálicos o transiciones herméticas de PFA-a-metal. El doble sello es una solución práctica para hornos de vacío, cámaras de recubrimiento y sistemas de desgasificación. Transforma una brida problemática en una barrera confiable. No perfecto, pero cercano. Para la mayoría de las necesidades de alto-vacío, es suficiente.
