Lektesten in theorie en praktijk Hoe lekwaarden de pomp- en materiaalkeuze kunnen beïnvloeden! High Tech Equipment Engineering 2011 Ron van Vossen
Introductie Ron van Vossen 21 jaar werkzaam in de vacuümtechniek Adixen Onderdeel van Pfeiffer Vacuum Landzichtweg 60 4105 DP Culemborg ron.van.vossen@adixen.nl Tel. :0345-478403 GSM :0653210801 Presentation Title 2
Feiten vooraf Hoog- en Ultra hoog vacuüm Vanaf 1 x 10 e -7 mbar Pompweerstand speelt een belangrijke rol Is de 30% overdimensionering-regel wel voldoende? Inzicht geven in problematiek Theorie Presentation Title 3
Inhoud 1. Definitie van mbar.l/s 2. Permeabiliteit 3. Ontgassing 4. Virtuele lekken 5. Aanbevelingen Presentation Title 4
Definitie van mbar.l/s Lek = Q voor lucht Q = V * T P Q = Lekgasstroom V = Volume P = Drukverschil T = Tijdverschil Voorbeeld: Stel je hebt een drukverval van 20 mbar in 80 seconden in een volume van 1 liter. Q = 20 mbar x 1 liter = 0.25 millibar * liter / seconde 80 seconden Presentation Title 5
Heliumlekzoeker Waarom Helium? Ne F Lage achtergrond (5 ppm) H Ar Inert Veilig Goedkoop O Kr Xe Licht Hoog selectief Cl He N Presentation Title 6
Wat kan een Heliumlekzoeker detecteren? Een fietsband met een volume van 1 liter, die leeg loopt in 24 h, heeft een lekwaarde van: 3,5.10-2 mbar.l/s Dat zijn circa 8 bubbles van 2 mm per seconde Q = (P 1 -P 2 ). V/t with : Q leak rate Internal volume of the tire : 1 liter P 1 initial pressure Initial Pressure : 3 bar relative P 2 final pressure V gas volume Final pressure : 1 bar absolute t ellapsed time between P Ellapsed time : 24x3600 seconds 1 and P 2 Presentation Title 7
Wat kan een Heliumlekzoeker detecteren? 5 miljoen jaar!! Een wegwerpaansteker bevat 30 g gas en heeft een lek van 1.10-11 mbar.l/s Het verliest al het gas in. Jaar? Presentation Title 8
Gasflow lekwaarden in mbar l s -1 Water Water Water Bacteria Virus gas technically running drops tight tight tight tight tight 1 mm 100 µm 30 µm 10 µm 3 µm 10 3 10 1 10-1 10-3 10-5 10-7 10-9 10-11 Visual Leak location 0.8 µm 0.1 µm Bubble test Accumulation Ultrasonic Local and integral vacuum tests Pressure decay Detection limit sniffing techniques Presentation Title 9-9 Bombing Detection limit vacuum techniques
Wat is een lek? Theorie Praktijk Afkeurgrens factor 10 lager kiezen? Presentation Title 10
Dichtheidscriteria per applicatie Electronics Thin film machines Integrated circuits Industrial applications Watches Food Packaging 10-3 Automobile Air bags Shock absorbers Filters Compressors Refrigeration Refrigeration air-conditioning Electricity Lamps Circuit breakers Aviation Airplane tanks 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10 Leak rate in mbar.l/s (helium) Presentation Title 11 Space Pumps Gyroscopes Aerospace Missiles Medical Pacemakers Research Particle accelerators Nuclear fusion 10-10 10-11 10-12
Lekdichtheid Conclusie: Denk eens aan de omgekeerde benadering!! Kijk eerst naar de toepassing Kijk vervolgens welke lekwaarde daarbij hoort Wat zijn daarvan de consequenties?????? Presentation Title 12
Permeabiliteit 1. Definitie van mbar.l/s 2. Permeabiliteit 3. Ontgassing 4. Virtuele lekken 5. Aanbevelingen Presentation Title 13
Permeabiliteit Vacuüm Adsorptie (Thermische) Desorptie Verdamping Bulk Diffusie Recombinatie Opervlakte diffusie Atmosfeer Permeatie Presentation Title 14
Permeabiliteit Elastomeren laten helium en waterstof relatief gemakkelijk door Kort helium sproeien Goed ventileren Alternatief: Regelmatig O-ringen vervangen bij het zoeken naar uiterst kleine lekken Metaalafgedichte systemen hebben hier niet of nauwelijks last van Presentation Title 15
Permeabiliteitsconstante Viton lijkt de beste keuze en wordt het meest toegepast maar. Is het voor uw toepassing goed genoeg? < 200 Graden C. Niet zo elastisch Presentation Title 16
Ontgassing 1. Definitie van mbar.l/s 2. Permeabiliteit 3. Ontgassing 4. Virtuele lekken 5. Aanbevelingen Presentation Title 17
Ontgassing Vacuüm Adsorptie (Thermische) Desorptie Verdamping Bulk Diffusie Recombinatie Opervlakte diffusie Atmosfeer Permeatie Presentation Title 18
Ontgassing Presentation Title 19
Ontgassing verschillende materialen Presentation Title 20
Ontgassing fysisch oppervlak Fysisch opp. : Geometrisch opp. Ideaal is 1:1 oftewel 1 Verstoring door Roest, walshuiden, lassen Bij goed gepolijste oppervlakken ligt de verhouding tussen 5 en 75 Bij corrosie soms wel 1000 Bewerkingsprocessen kunnen nadelig werken. - Anodiseren van aluminium: 900 Presentation Title 21
Ontgassing Uitstoken is een oplossing Lastig bij Viton Metaalgedicht Elektronica Presentation Title 22
Schoon werken Gevolgen van een vingerafdruk Stel we hebben een vacuüm van circa 10-10 mbar Aantal moleculen in de gasfase: 3.3x10 6 /cm 3 (bij 20 graden C.) Bij volume van 50 liter zijn er 1.7x10 11 moleculen (gasfase) Op de wand: 10 15 moleculen per cm2 Een vingerafdruk bevat 10 18 moleculen Tijdverlies van dagen Heliummoleculen hechten zich aan olie en vet Presentation Title 23
Virtuele lekken 1. Definitie van mbar.l/s 2. Permeabiliteit 3. Ontgassing 4. Virtuele lekken 5. Aanbevelingen Presentation Title 24
Virtuele lekken Afgesloten ruimte in de vacuümkamer Lage einddruk niet meer haalbaar Hogere heliumachtergrond Niet, of heel moeilijk te vinden Tussenruimte afpompen Permeatie verminderd minimaal met factor 1000 Presentation Title 25
Virtuele lekken Afgesloten ruimte in de vacuümkamer Lage einddruk niet meer haalbaar Hogere heliumachtergrond Niet, of heel moeilijk te vinden Presentation Title 26
Virtuele lekken Belangrijkste veroorzakers van virtuele lekken: Schroefverbinding in vacuüm Dubbele afdichting Verkeerd lassen Materiaalfouten Presentation Title 27
Aanbevelingen 1. Definitie van mbar.l/s 2. Permeabiliteit 3. Ontgassing 4. Virtuele lekken 5. Aanbevelingen Presentation Title 28
Aanbevelingen Laat u niet verleiden tot het afgeven van uitzonderlijke specificaties. Bijvoorbeeld lekwaarde < 1*10e-9 mbar.l/s Directe invloed op pompkeuze (olievrij) en materiaal (Viton of metaalafdichting) Werk schoon Denk aan de vingerafdruk Gebruik bij voorkeur geen kunststof, kunsthars, brons, messing of andere permeabel materiaal Grote opslagcapaciteit voor helium, geeft hoge achtergrond Zorg voor een zo klein en zo glad mogelijk oppervlak Reduceer desorptie en adsorptie Presentation Title 29
Aanbevelingen Cursus vacuümtechniek bij de NEVAC Theorie Materialen Verbindingen en lassen Pompkeuze Lekdetectie Of. nodig een leverancier uit, bijvoorbeeld: Presentation Title 30
Bedankt voor uw aandacht www.adixen.com