400～500℃の熱と高真空（≤10⁻³ Pa）という二重の攻撃を受けると、従来のシールは壊滅的な損傷を受けます。ゴムは炭化し、金属はクリープし、ガス放出によってチャンバーが汚染されます。この記事では、なぜ特殊な材料だけが機能するのかコストと利益、そしてエンジニアリングの真実を明らかにします。
I. 特殊材料が譲れない理由
1. 従来の素材の3つの致命的な欠点
- 有機物（ゴム/プラスチック）:
327°C（FFKM限界）以上で熱分解し、ガス放出が急増します。10⁻⁵ ミリバール·L/s（制限の1000倍超）。
- 一般的な金属（304ステンレス鋼）:
480°C でのクリープ緩和、応力保持率 <60%。
- 標準グラファイトガスケット:
制御不能に酸化します。空気中では420℃で質量損失が始まります。
2. 勝利の材料の決定的な特性
| 材料 | ユニークなエッジ | 認定制限 |
|---|---|---|
| 金属ベローズ（インコネル625） | ガス放出ゼロ、クリープ防止 | 650°Cで95%以上の応力保持 |
| 耐酸化性グラファイト | ほぼゼロのCTE（∆T=500℃） | ガス放出≤1.5×10⁻¹⁰ mbar·L/s |
| Moコーティンググラファイト | 酸素バリア | 600℃ 空気中（突破） |
痛い教訓: 304 SSシールを使用したPVコーティング工場で漏洩が発生10⁻³ ミリバール·L/s480°Cで72時間後、200万ドル相当のウェハが廃棄されました。
II. パフォーマンスの内訳
1. 金属ベローズシステム
- ダイナミックシールの王: レーザー溶接ベローズが ±5mm の熱変位を補正します。
- 重要なプロセス:
アルゴンシールドパルス溶接（HAZ<0.1mm）→真空応力除去→電解研磨（Ra≤0.4μm）。
- コストの現実: 1,200〜3,000/個（ガスケット10個）、ただし10年以上メンテナンスフリー。
2. 耐酸化性グラファイトガスケット
- 静的シールバリューチャンピオン: SiC添加剤により600℃の空気耐性を実現。
- プロセスキー:
グラファイト箔カレンダー処理→ZrP溶液含浸→1,200℃焼結。
- コスト優位性: 80−300/個（1/10ベローズ）、静的フランジに最適です。
III. 設置と製造が成功を左右する
1. ベローズ取り付け時の注意事項
- 精密プリロード: トルク許容差 <±5% (過剰圧縮によりベローズが潰れる):
式：
T = 0.2 × d × F（d：ボルト径、F：設計荷重） - 同軸アライメント: 0.05mm/mを超えるオフセットにより、寿命が90%短縮されます。
- ベイクアウト必須: 48 時間 @200°C のプリベーク (SEMI F47 に準拠) – スキップして真空を汚染します。
2. グラファイトガスケットの落とし穴
- 過圧縮なし: 35%を超える圧縮によりグラファイトが破壊されます（「パチパチ」という音が聞こえる = 破損）。
- 表面仕上げ: フランジ粗さ Ra≤1.6μm (鏡面仕上げが最適) - そうでない場合は漏れが 2 倍になります。
IV. 総所有コスト革命
| 解決 | 初期費用 | 耐用年数 | 10年間のTCO* |
|---|---|---|---|
| 金属ベローズ | 2,800ドル/個 | 10年以上 | 2,800ドル |
| 耐酸化性グラファイト | 200ドル/個 | 2年 | 1,000ドル |
| 標準金属Oリング | 30ドル/個 | 3ヶ月 | 12,000ドル |
* 条件: 450°C真空、年間8,000時間の稼働
結論: ベローズTCOはちょうど23% O リングのダウンタイムはほぼゼロです。
エンジニアリング評決
- ダイナミックシール（回転/移動）:
金属ベローズのみ (インコネル 625/ヘインズ 230) – 妥協はありません。 - 静的シール（フランジ/カバー）:
優先順位をつける耐酸化性グラファイト （コスト重視）、または ベローズ+溶接シール （ゼロリークミッションクリティカル）。
最先端の警告:
- ゴム/プラスチックシールを 400°C 以上で試さないでください（「HT」として販売されている場合でも）。
- 未焼成の真空システム = 時限爆弾。
- 取り付け精度によりシール寿命の 90% が決まり、アライメントの 100% 節約で 100 万ドルのコスト削減が可能になります。
最終回答: シールの選択はコストの問題ではなく、システムの生存性400～500℃の真空地獄では、適切な材料、精密な実行、標準への準拠のみが、信頼できるコストパフォーマンスのバランスを実現します。
投稿日時: 2025年7月10日