Vysokovakuový šoupátkový ventil: Co to je a jeden rozdíl, který jej odděluje od nízkého vakua

Výběr vysokovakuového šoupátka: Kde leží „neviditelná linie“, která vás může stát desítky tisíc?

Už jste se někdy při výběru vakuových ventilů setkali s touto situací: dodavatel se poplácal po hrudi a řekl: „Tento ventil je absolutně těsný-“, ale po instalaci se tlak v systému prostě nesníží? Nebo možná ventil těsní, ale po dvou měsících se začne lepit, a když ho rozeberete, uvidíte, že těsnění je zdeformované.

 

Kde je problém? Není to tak, že by byl ventil rozbitý; jde o to, že jste jej použili na nesprávném místě-vnutili ventil nízkého podtlaku do systému vysokého podtlaku.

Tento článek se zabývá dvěma věcmi: Za prvé, co ašoupátko s vysokým vakuemse ve skutečnosti používá. Za druhé, neviditelná dělicí čára mezi vysokým a nízkým vakuem, která vás v případě překročení může stát desítky tisíc.

 

Shrnutí
Po přečtení tohoto článku budete mít odpovědi na dvě otázky:

Jak skutečný vysokopodtlakový šoupátko odolává atmosférickému tlaku a zaručuje žádné netěsnosti.

Co se skutečně změní s těsnicími materiály ventilu, hnacím mechanismem a povrchovou úpravou, když tlak klesne z 1 Torr na 10⁻⁷ Torr.

 

Uživatelská zpětná vazba
*"V našem PVD zařízení jsme k izolaci používali běžné vakuové ventily od určité značky, ale potažené fólie byly vždy zamlžené. Po přechodu na vysokovakuové šoupátko COVALVE se stejnými parametry procesu poklesla rychlost úniku přímo z 10⁻⁷ na 10⁻¹⁰ mbar·l/s. Problém byl v těsnícím materiálu."*
- Li Gong, procesní inženýr, továrna na vakuové nanášení v Suzhou

 

1. Co je vysokovakuový šoupátkový ventil?
Nejprve si ujasněme základní pojem: charakteristikou šoupátka je, že se kotouč ventilu pohybuje svisle. Když je ventil plně otevřený, médium prochází přímo skrz téměř bez odporu proudění. To je ve vakuových systémech zásadní, protože jakékoli zúžení zpomaluje rychlost čerpání.

Mezi vakuovými ventily a běžnými průmyslovými ventily je však zásadní rozdíl: běžné ventily se starají o to, „může to blokovat médium“, zatímco vakuové ventily se starají o to, „může to blokovat atmosféru“.

 

Při atmosférickém tlaku umožňuje únikový otvor o průměru pouhého 1 mikronu, aby do vakuové komory uniklo za sekundu dostatečné množství molekul plynu, aby se tlak v 10litrové komoře zvýšil z 10⁻⁹ mbar na 10⁻⁶ mbar. Proto musí kvalifikovaný vysokovakuový šoupátko dosahovat následujícího:

• Dynamické těsnění pro dřík ventilu:Musí používat měchové těsnění, nikoli těsnění ucpávky používané u běžných ventilů.
• Maximální vodivost při otevření:Kotouč ventilu se nesmí zatáhnout do průtokové cesty; vyžaduje provedení s plným otvorem.
• Extrémně nízká míra úniku při zavření:Tovární rychlost úniku musí být nižší než 1×10⁻⁹ mbar·l/s.

 

2. Vysoké vakuum vs. nízké vakuum: Jaký je skutečný rozdíl?
Toto je hlavní část článku. Podívejme se na to podle tlakových rozsahů:

• Nízký podtlak:760 ~ 1 Torr (přibližně atmosféra až 130 Pa)
• Střední vakuum:1 ~ 10⁻³ Torr
• Vysoké vakuum:10⁻³ ~ 10⁻⁷ Torr
• Ultra{0}}vysoké vakuum (UHV):< 10⁻⁷ Torr

 

Když tlak vašeho systému vstoupí do rozsahu pod 10⁻⁴ Torr, ventil musí projít čtyřmi kritickými změnami:

(1) Změny těsnicího materiálu
Ventily s nízkým vakuem mohou používat běžný NBR (nitrilový kaučuk) nebo dokonce FKM (fluorelastomer). Ale ve vysokém vakuu, zejména pod 10⁻⁶ Torr, se rychlost odplyňování samotné gumy stává zdrojem kontaminace-plyn, který odčerpáváte, je menší než plyn, který guma uvolňuje sama.

Skutečný vysokovakuový šoupátkový ventil proto musí pro svá těsnění používat FKM (Viton) a musí projít úpravou vakuovým vypalováním, aby se odstranila adsorbovaná vlhkost z materiálu. U aplikací UHV musí být nahrazeno celokovovým-těsněním, jako je použití bezkyslíkových-měděných těsnění Spolupracujte s plameny ostří nože

 

(2) Požadavky na míru úniku se liší o tři řády

Přípustná míra úniku pro nízkopodtlakové ventily: 1×10⁻⁶ mbar·l/s

Přípustná míra úniku pro vysokopodtlakové ventily: menší nebo rovna 1×10⁻⁹ mbar·l/s

Přípustná míra úniku pro UHV ventily: menší nebo rovna 1×10⁻¹⁰ mbar·l/s

Tohoto rozdílu nelze dosáhnout „silnějším utahováním šroubů“. Musí spoléhat na kovový vlnovec kombinovaný s vysoce přesným-lapovaným těsnicím povrchem na kotouči ventilu.

 

(3) Pohonné mechanismy se liší
Nízkopodtlakové ventily mohou používat přímo{0}}činící solenoidy-jsou levné, ale fungují tvrdě. Ventily s vysokým vakuem musí brát v úvahu tvorbu částic-částice generované třením během pohybu disku, pokud spadnou do procesní komory, mohou být smrtelné pro aplikace polovodičů nebo povlaků.

Špičkové{0}}modely proto používají mechanismy pohonu-bez tření, jako je skotský-třmenový mechanismus nebo koule{3}}a-zamykání drážky. Kotouč ventilu se umístí jako první, potom se svisle přitlačí na těsnicí plochu, čímž se zajistí, že během procesu nedojde k žádnému škrábání.

 

(4) Povrchová úprava se liší
U těles ventilů s nízkým podtlakem stačí vnitřní povrchové leštění na Ra 1,6. Ale u vysokovakuových šoupátek, zejména těch, které se používají v polovodičových zařízeních, musí být vnitřní povrchy podrobeny elektrolytickému leštění, aby se drsnost povrchu snížila pod Ra 0,4.

Proč? Protože drsné povrchy absorbují vodní páru a uhlovodíky, stávají se neviditelnými zdroji odplynění.

 

3. Tři otázky, které musíte dodavatelům položit při výběru
Pokud se chystáte koupit šoupátko s vysokým podtlakem, položením těchto tří otázek se vyhnete 80 % nástrah:

• První otázka: Mohu vidět zprávu o rychlosti úniku?

Renomovaní výrobci poskytují zprávu o testu těsnosti helia s každým ventilem-nechte mluvit data.

• Druhá otázka: Je materiál těsnění FKM nebo FFKM?

FKM je dostačující; FFKM je odolnější proti korozi-, ale stojí dvakrát až třikrát více. Výběr závisí na vašem procesním médiu.

 

Třetí otázka: Bylo to vakuově pečené před opuštěním továrny?
Pokud ventil nebyl zapečen, budete muset systém po instalaci zapékat a pumpovat dva dny, abyste dosáhli stability.

 

4. Kritický detail během instalace
Při instalaci vysokopodtlakového šoupátka se mnoho lidí obvykle dotýká povrchu příruby nebo kotouče ventilu holýma rukama-to je hlavní tabu. Olej a pot z vašich rukou se pod vakuem pomalu odpařují a kontaminují systém.

 

Správný postup: Používejte rukavice bez pudru, očistěte těsnicí povrch a drážku pro O-kroužek hadříkem, který nepouští vlákna- namočeným v alkoholu nebo acetonu, a před instalací se ujistěte, že nezůstaly žádné zbytky vláken. Šrouby musí být utahovány diagonálně v krocích, aby se zabránilo deformaci těla.

 

Závěr
Při výběru vysokovakuového šoupátka se nedívejte pouze na velikost otvoru a typ příruby. Těsnicí materiál, míra netěsnosti, povrchová úprava a hnací mechanismus-každý z těchto čtyř bodů určuje, zda váš systém skutečně dosáhne požadované úrovně vakua.

Na jaká úskalí jste při výběru narazili? Neváhejte se podělit v komentářích.