उच्च तापमान, उच्च निर्वात और प्रबल चुंबकीय क्षेत्र वाले वातावरण में सीलिंग रिंगों का चयन और अनुप्रयोग

कमरे के तापमान से लेकर 250°C तक के तापमान, चुंबकीय वातावरण और अति-उच्च निर्वात (आमतौर पर 10⁻⁷ Pa से कम दबाव के रूप में परिभाषित) की आवश्यकता वाली कठिन परिचालन स्थितियों में, उपयुक्त सीलिंग रिंगों का चयन अत्यंत महत्वपूर्ण है। ऐसी स्थितियाँ आमतौर पर उन्नत वैज्ञानिक अनुसंधान प्रतिष्ठानों (जैसे, कण त्वरक, संलयन प्रायोगिक उपकरण), अर्धचालक निर्माण उपकरण (जैसे, नक्काशी मशीन, आयन इम्प्लांटर), और एयरोस्पेस प्रणोदन प्रणालियों में पाई जाती हैं।

मुख्य चुनौतियाँ और सीलिंग आवश्यकताएँ

प्रभावी सीलिंग प्राप्त करने के लिए निम्नलिखित महत्वपूर्ण आवश्यकताओं को एक साथ पूरा करना आवश्यक है:

1. ​उच्च तापमान प्रतिरोध:​​ सामग्री को 250°C पर दीर्घकालिक संचालन का सामना करना चाहिए, बिना अपघटन या नरम हुए लोच और सीलिंग प्रदर्शन को बनाए रखना चाहिए।
2. ​कम आउटगैसिंग दर:​अति-उच्च निर्वात वातावरण में, सामग्री की कुल गैस उत्सर्जन दर अत्यंत कम होनी चाहिए (आमतौर पर <1×10⁻⁸ Pa・m³/s) ताकि वाष्पशील पदार्थों के उत्सर्जन से बचा जा सके जो निर्वात को दूषित कर सकते हैं।
3. ​चुंबकीय हस्तक्षेप प्रतिरोध/संगतता:​चुंबकीय वातावरण में, सीलिंग रिंग सामग्री स्वयं गैर-चुंबकीय होनी चाहिए या चुंबकीय क्षेत्र में हस्तक्षेप नहीं करना चाहिए, आमतौर पर इसके लिए गैर-लौहचुंबकीय सामग्रियों के उपयोग की आवश्यकता होती है।
4. ​विकिरण प्रतिरोध (यदि लागू हो):​यदि आयनकारी विकिरण मौजूद है (उदाहरण के लिए, कुछ प्रयोगात्मक सेटअपों में), तो सामग्री को विकिरण क्षति का प्रतिरोध करना होगा।
5. ​यांत्रिक गुण:​​ सिस्टम दबाव में उतार-चढ़ाव और थर्मल साइकलिंग से निपटने के लिए पर्याप्त लोचदार पुनर्प्राप्ति दर (आमतौर पर 80% से अधिक की आवश्यकता होती है) और संपीड़न सेट के लिए प्रतिरोध आवश्यक है।

उपयुक्त सीलिंग रिंग प्रकार और सामग्री

खोज परिणामों के आधार पर, निम्नलिखित सीलिंग रिंग प्रकार और सामग्री इन सीलिंग स्थितियों के लिए पसंदीदा समाधान हैं:

1. धातु सील

धातु सील को अति-उच्च निर्वात वातावरण के लिए स्वर्ण मानक माना जाता है, जो कम गैस उत्सर्जन, उच्च तापमान प्रतिरोध और चुंबकीय अनुकूलता की आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करता है।

• ​सामग्री चयन:​​
  • ​ऑक्सीजन-मुक्त तांबा:​यह सबसे आम विकल्प है। यह उत्कृष्ट प्लास्टिक विरूपण क्षमता प्रदर्शित करता है, और फ्लैंज सतहों पर छोटी-मोटी खामियों को भरने के लिए संपीड़न के तहत प्लास्टिक रूप से प्रवाहित होकर सीलिंग प्राप्त करता है। यह गैर-चुंबकीय है, उत्कृष्ट उच्च-तापमान प्रतिरोध प्रदान करता है, और उच्च-तापमान बेकिंग (अक्सर 250°C से भी अधिक) को सहन कर सकता है जिससे उच्च निर्वात स्तर प्राप्त करने के लिए गैस उत्सर्जन में तेजी आती है, जिससे यह व्यापक अनुप्रयोग के लिए प्राथमिक विकल्प बन जाता है।
  • ​शुद्ध एल्युमीनियम:​यह गैर-चुंबकीय और अपेक्षाकृत सस्ता भी है। यह नरम होता है और इसे बनाना और सील करना आसान होता है, लेकिन उच्च तापमान पर इसकी यांत्रिक शक्ति ऑक्सीजन-मुक्त तांबे से कमतर हो सकती है।
  • ​रजत / स्वर्ण:​ये धातुएँ असाधारण प्रदर्शन और बेहद कम गैस उत्सर्जन दर प्रदान करती हैं। हालाँकि, इनकी अत्यधिक लागत के कारण इनका उपयोग आमतौर पर विशेष या अत्यंत शोध अनुप्रयोगों तक ही सीमित रहता है।
• ​सामान्य कॉन्फ़िगरेशन:​​
  • ​कॉनफ्लैट फ्लैंज (सीएफ) सील:​इसमें ऑक्सीजन-मुक्त तांबे के गैस्केट को स्टेनलेस स्टील के नाइफ-एज फ्लैंज के साथ जोड़ा गया है। बोल्ट प्रीलोड के तहत, तांबे का गैस्केट प्लास्टिक रूप से विकृत हो जाता है और नाइफ-एज में चिपक जाता है, जिससे अत्यधिक उच्च अखंडता वाली एक स्थिर सील बनती है। यह अल्ट्रा-हाई वैक्यूम सिस्टम में एक मानक विन्यास है।
  • ​स्प्रिंग-एनर्जाइज्ड सील्स (जैसे, हेलिकोफ्लेक्स):​इनमें एक धातु जैकेट (जैसे, ऑक्सीजन-मुक्त तांबा, चांदी, स्टेनलेस स्टील) और एक आंतरिक स्प्रिंग होती है। यह स्प्रिंग निरंतर प्रतिपूरक बल प्रदान करती है, जिससे सिस्टम के भीतर तापीय विस्तार/संकुचन और मामूली विकृतियों के अनुकूल होने में मदद मिलती है, जिसके परिणामस्वरूप अत्यधिक उच्च सीलिंग विश्वसनीयता प्राप्त होती है। ये तापमान चक्रण या कंपन वाले अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं।

2. परफ्लुओरोइलास्टोमर (एफएफकेएम)

यदि सिस्टम डिजाइन इलास्टोमेरिक सील के लिए अधिक उपयुक्त है या अधिक स्थापना सुविधा की आवश्यकता है, तो परफ्लुओरोइलास्टोमर (FFKM) पॉलिमर सामग्रियों में शीर्ष स्तरीय विकल्प का प्रतिनिधित्व करता है, हालांकि इसकी लागत बहुत अधिक है।

• ​विशेषताएँ:​इसे फ्लोरोकार्बन रबर का सर्वोत्तम संस्करण माना जा सकता है। चूँकि इसके अणु में लगभग सभी हाइड्रोजन परमाणु फ्लोरीन परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित होते हैं, इसलिए FFKM में उत्कृष्ट उच्च-तापमान प्रतिरोध (300°C से अधिक तापमान सहन कर सकता है) और अद्भुत रासायनिक प्रतिरोध होता है, जो सबसे कठोर रासायनिक माध्यमों और प्लाज़्मा को भी सहन करने में सक्षम है।
• ​वैक्यूम प्रदर्शन:​विशेष फॉर्मूलेशन और स्वच्छ प्रक्रियाओं के माध्यम से निर्मित एफएफकेएम सीलिंग रिंग्स अत्यंत कम आउटगैसिंग दर और निष्कर्षण योग्य सामग्री प्रदर्शित करती हैं, जो अर्धचालक और अल्ट्रा-हाई वैक्यूम उपकरणों की कठोर आवश्यकताओं को पूरा करती हैं।
• ​चुंबकीय गुण:​इलास्टोमेरिक पदार्थ आमतौर पर गैर-चुंबकीय होते हैं और चुंबकीय क्षेत्र में हस्तक्षेप नहीं करते हैं।
• ​अनुप्रयोग:​​ आमतौर पर इसका उपयोग वैक्यूम कक्षों और अर्धचालक लिथोग्राफी और नक्काशी मशीनों के संक्षारक गैस वितरण प्रणालियों में, साथ ही एयरोस्पेस इंजनों में ऑक्सीडाइज़र सीलिंग के लिए किया जाता है।

3. फ्लोरोकार्बन रबर (एफकेएम/विटॉन)

फ्लोरोकार्बन रबर उच्च तापमान वाले निर्वात वातावरण के लिए आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली इलास्टोमेरिक सीलिंग सामग्री है, जो प्रदर्शन और लागत के बीच संतुलन का प्रतिनिधित्व करती है।

• ​विशेषताएँ:​यह उच्च तापमान प्रतिरोध (आमतौर पर -20 ~ 250 डिग्री सेल्सियस), तेल प्रतिरोध और अधिकांश रसायनों के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है।
• ​वैक्यूम प्रदर्शन:​मानक FKM की गैस उत्सर्जन दर धातुओं और FFKM की तुलना में अधिक होती है। यह सामान्यतः उच्च निर्वात (10⁻⁴ ~ 10⁻⁷ Pa) वातावरणों के लिए उपयुक्त है। अति-उच्च निर्वात अनुप्रयोगों के लिए, कम गैस उत्सर्जन दर वाले फॉर्मूलेशन वाले उत्पादों का चयन किया जाना चाहिए, और गैस उत्सर्जन के लिए उच्च तापमान पर बेकिंग आवश्यक हो सकती है (इसकी अधिकतम बेकिंग तापमान सीमा पर ध्यान देना आवश्यक है)।
• ​चुंबकीय गुण:​​ गैर-चुंबकीय.
• ​नोट:​यह मजबूत क्षार, कीटोन और कुछ एस्टर सॉल्वैंट्स के प्रति प्रतिरोधी नहीं है।

​प्रमुख गुणों की तुलना:​​ चर्चा किए गए प्राथमिक सीलिंग विकल्प—ऑक्सीजन-मुक्त कॉपर मेटल सील, परफ्लुओरोइलास्टोमर (FFKM), और फ्लोरोकार्बन रबर (FKM)—अपनी प्रमुख विशेषताओं में काफी भिन्न हैं। ऑक्सीजन-मुक्त कॉपर सील 400°C से अधिक तापमान का सामना कर सकते हैं और बेहद कम आउटगैसिंग प्रदर्शित करते हैं, जो उन्हें अल्ट्रा-हाई वैक्यूम (<10⁻⁷ Pa) अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है। वे गैर-चुंबकीय हैं और अच्छा विकिरण प्रतिरोध प्रदान करते हैं, लेकिन उनकी लोच और क्षतिपूर्ति प्लास्टिक विरूपण या आंतरिक स्प्रिंग्स पर निर्भर करती है। उनकी सापेक्ष लागत अधिक है। परफ्लुओरोइलास्टोमर (FFKM) सील लगभग 320°C तक काम कर सकते हैं। बेहद कम आउटगैसिंग (क्लीन-ग्रेड संस्करणों की आवश्यकता) के साथ, वे अल्ट्रा-हाई वैक्यूम (<10⁻⁷ Pa) के लिए भी उपयुक्त हैं फ्लोरोकार्बन रबर (FKM) सील का अधिकतम परिचालन तापमान लगभग 250°C होता है। ये मध्यम गैस उत्सर्जन दर (कम गैस उत्सर्जन वाले फॉर्मूलेशन की आवश्यकता होती है) प्रदर्शित करते हैं और उच्च निर्वात (~10⁻⁴ – 10⁻⁷ Pa) के लिए उपयुक्त होते हैं। हालाँकि ये गैर-चुंबकीय होते हैं और काफी अच्छा विकिरण प्रतिरोध प्रदान करते हैं, इनकी लोच अच्छी होती है, और ये एक मध्यम-लागत वाला विकल्प हैं।

चयन और उपयोग संबंधी अनुशंसाएँ

1. ​प्राथमिकता चयन:​​
   • शुद्ध, अत्यंत मांग वाले अल्ट्रा-हाई वैक्यूम सिस्टम (जैसे, कण त्वरक, अंतरिक्ष पर्यावरण सिमुलेशन कक्ष) के लिए, ​धातु सील (ऑक्सीजन रहित तांबा)​​ हैं ​पसंदीदा और सबसे विश्वसनीय​ समाधान.
   • अति-उच्च निर्वात वातावरण के लिए जिसमें भी शामिल हैसंक्षारक माध्यम​ (उदाहरण के लिए, अर्धचालक नक़्क़ाशी गैसें) या आवश्यकता होती है ​बेहतर लोच और आसान स्थापना, ​परफ्लुओरोइलास्टोमर (FFKM)​​ उच्च प्रदर्शन वाला इलास्टोमेरिक विकल्प है, लेकिन इसकी पुष्टि अवश्य की जानी चाहिएअल्ट्रा-हाई वैक्यूम क्लीन-ग्रेड​ उत्पाद.
   • यदि निर्वात की आवश्यकता थोड़ी कम है (जैसे, उच्च निर्वात) और तापमान सीमा 250°C के भीतर है,फ्लोरोकार्बन रबर (FKM)​​ एक ​ हैकिफायती और व्यावहारिक​ विकल्प.
2. ​डिज़ाइन और स्थापना के मुख्य बिंदु:​​
   • ​सतह की गुणवत्ता:​​ द ​सतह खुरदरापन (Ra)​सीलिंग सतह का ​ मान अत्यंत महत्वपूर्ण है। धातु सील के लिए, Ra ≤ 0.8 μm या उससे भी कम मान आमतौर पर आवश्यक होता है। इलास्टोमेरिक सील के लिए, उच्च फिनिश (Ra ≤ 0.4 μm) घिसाव और संभावित रिसाव बिंदुओं को कम करने में मदद करता है।
   • ​संपीड़न अनुपात नियंत्रण:​​ द ​संक्षिप्तीकरण अनुपातस्थापना के दौरान सीलिंग रिंग के दबाव को कड़ाई से नियंत्रित किया जाना चाहिए। अत्यधिक दबाव से स्थायी विकृति या क्षति हो सकती है, जबकि अपर्याप्त दबाव से रिसाव हो सकता है।
   • ​एकसमान कसावट:​​ एक को नियुक्त करें ​सममित, बहु-बोल्ट कसने का क्रम​फ्लैंज पर समान बल वितरण सुनिश्चित करने के लिए, सीलिंग सतह के विरूपण या विरूपण को रोकना।
   • ​बेकिंग:​​ अल्ट्रा-हाई वैक्यूम सिस्टम में अक्सर बेकिंग की ज़रूरत होती है। हमेशा सुनिश्चित करें कि चुनी गई सीलिंग रिंग सामग्री ​सिस्टम के बेकिंग तापमान का सामना करना.

सारांश

​ की शर्तों के तहतकमरे का तापमान 250°C तक, चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति, और अति-उच्च निर्वात की आवश्यकता, ​ऑक्सीजन-मुक्त तांबे की धातु सील​ (विशेष रूप से कॉनफ्लैट फ्लैंज या स्प्रिंग-एनर्जाइज्ड कॉन्फ़िगरेशन में) को आमतौर पर उनके कारण सबसे विश्वसनीय और प्राथमिक तकनीकी समाधान माना जाता हैअत्यंत कम गैस उत्सर्जन दर, उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध, और गैर-चुंबकीय गुणयदि सिस्टम डिज़ाइन या संक्षारक मीडिया को संभालने की आवश्यकता के कारण इलास्टोमर्स आवश्यक हैं, तोपरफ्लुओरोइलास्टोमर (FFKM)​​ एकमात्र इलास्टोमेरिक सामग्री है जो एक साथ इन चरम मांगों को पूरा कर सकती है, लेकिन इसकी उच्च लागत के लिए तैयार रहना चाहिए।

अंतिम चयन एक व्यापक समझौते पर आधारित होना चाहिए, जिसमें निम्नलिखित बातों पर विचार किया जाए:विशिष्ट वैक्यूम स्तर संकेतक, बजट, प्रणाली संरचना, और रखरखाव और विश्वसनीयता के लिए आवश्यकताएंसभी मामलों में, पेशेवर सीलिंग घटक आपूर्तिकर्ताओं से तकनीकी सलाह और समर्थन को प्राथमिकता दी जानी चाहिए।