וואקום Outgassing חנקון ואטימות

שתפו את הפוסט

אנחנו מקבלים לאחרונה הרבה שאלות הקשורות בנושאים האלו, מצאנו לנכון לשתף סקירה קצרה על מושגים  אלה שנוגעים בשלל מוצרים ומערכות בתעשייה .

 

וואקום(ריק)-חוסר של חומר בד"כ אוויר בנפח של חלל או תא

וואקום מבוטא ביחידות לחץ, בד"כ השימוש הנפוץ הוא  ביחידות  pa ,torr או bar .

ריק מוחלט תאורטי הוא לחץ  0.

בתעשייה וואקום מחולק ל3 דרגות:

  • HV High vacuum מוגדר כלחץ בטווחים 7-^10 3-^10  באר , לכך נדרש ציוד מעבדתי מתקדם, אך נגיש.
 
  • UHVhigh vacuum Ultra מוגדר כלחץ בטווחים 12-^10 7-^10 באר, כבר אופרציה שמצריכה תכנון מקדים וציוד שיכול להגיע לעשרות אלפי דולרים.
 
  • XHVhigh vacuum Extreme מוגדר כלחץ הנמוך מ 12-^10 באר, לשימושים מחקריים של יינון והאצת חלקיקים.
הלחץ הנמוך ביותר המתועד שהצליחו להגיע אליו באופן מעבדתי הוא 18-^10 באר.
מטרת הוואקום היא להגיע לצפיפות המולקולרית הנמוכה ביותר בנפח הפנימי של התא.

תכנון תא לוואקום הוא עניין המצריך תשומת לב ניסיון ומיומנות.

תא וואקום נדרש לעמוד בכוחות גדולים, ככל שתא גדול יותר התכנון המכני מסתבך עוד יותר.

לצורך המחשה, על תא עם פאה פנימית ריבועית של 310 מ"מ,במצב של וואקום פועל כוח של כמעט 1 טון. ישנן אין ספור דוגמאות למכלים ותאים שקרסו בוואקום (ראו תמונה בהמשך של קריסת מיכל).

גם אם התא עומד במאמצים המותרים, והדפורמציה היא בתוך התחום האלסטי, גם אז צריך לוודא שהדפורמציה גם אם היא מזערית, לא משפיעה על האפליקציה או פוגמת בתנאי השירות .

דוגמה למיכל שקרס כתוצאה מלחץ נמוך:

 

 חישוב אנליטי אינו מספיק על מנת לקבוע האם תא עומד בתנאי הוואקום.תכנון תא מצריך מספר איטרציות FEA  (סימולציות חוזק ) על מנת לוודא שגאומטריית התא יכולה לעמוד בעומס.

הצורך ב UHV לתאים הולך וגדל בעולם :

בתעשיית הsemiconductors למשל ישנו הצורך להגיע ל UHV על מנת למנוע השפעות של גזים או חומרים חיצוניים על תהליכי הייצור.

לשימושים מחקריים -מקרים שרק תנאי וואקום יכולים לספק את הסביבה הנדרשת על מנת לבודד את התופעה הנחקרת .

על מנת לייצר וואקום משתמשים במשאבות מיוחדות Turbo pumps על מנת להוציא את האוויר מן הנפח הפנימי של המערכת.

ככל שנרצה להגיע לוואקום יותר "עמוק" כך נצטרך יותר זמן ציוד ו set up מורכב יותר.

תא יכול להיות כל נפח פנימי של מוצר או מערכת .

מהו outgassing ?

בדרך כלל שמדברים על outgassing אז זה בהקשר למערכות שנדרשות להגיע לרמת ניקיון (purity) גבוהה- תאים ומערכות מיקרו אלקטרוניקה, עם רגישות להמצאות של לחות בסביבה הפנימית או זיהומים של חומרים זרים.

 באפליקציות האלה ישנו הצורך לממש תנאי עבודה נקיים מאוד – סביבת וואקום על מנת להימנע מזיהומים אשר יפגעו במשתנה הנמדד.

הלחץ הנמוך (וואקום) גורם לטמפרטורת (רתיחה)התאדות נמוכה מאוד, מה שיוצר – שחרור גזים outgassing  -חומרים שהופכים לגזים אשר מתפשטים ויוצאים מהחומר לסביבת התא וגורמים לזיהום.

בחירת החומרים שממנו עשוי התא והחומרים בתוך התא צריכה להיות קפדנית במיוחד שבמדובר על  UHV ו XHV.

ישנם חומרים גרועים הפולטים יותר חומרים בסביבת וואקום כמו פלסטיקה ,גומיות ,סילקונים , PVC ניקל .

חומרים אשר מתאימים יותר לסביבת לחץ נמוך הם חומרים כמו  ST.ST 304 /316.

AL 6061 עם טיפול פני שטח מתאים.

במידה ויש צורך בחומרים פולימרים אז הנפוצים ביותר הם ה PTFE  (טפלון) ו PEEK שהוא החומר המצטיין בשלל תכונות שהופכות אותו לחומר הנפוץ ביותר בתעשיות קצה,

 גם בזכות היותו פולימר עמיד בטמפרטורה גבוהה.

בחירת החומרים תלויה ביישום וכמובן צריכה להתחשב בכלל האילוצים המערכתיים ובתנאי השירות .

במערכות אשר לא נדרשות לעבוד בpurity גבוה ,אבל כן נדרשות לסביבה יבשה, על מנת להימנע מעיבוי של אדים וקורוזיה , מבצעים תהליך שנקרא ייבוש או חנקון על מנת להכשיר את מוצר או את התא .

חנקון

החנקן הוא גז בסיסי הנפוץ ביותר, משקלו מהווה בקירוב 75.3% מהאוויר היבש ,אינו דליק ,חסר טעם וצבע.

ניתן לבצע וואקום ולהזרים חנקן אל תוך הנפח הפנימי,

אך תכנון לוואקום עלול להכביד על תכן המוצר.

כמו כן לחץ נמוך עלול לפגוע בציוד אופטי,

מקרים שהעדשה החיצונית חשופה ללחץ אטמוספירי והפרש הלחצים פשוט יבקע אותה.

גם ללא וואקום ניתן לבצע ייבוש על ידי הזרמת החנקן בצד אחד דרך שסתום

אל מול חריר עם פקק (seal screw) ליציאת האוויר המצוי בנפח הפנימי.

 ישנם כללי אצבע כמה זמן צריך להזרים חנקן על מנת לקבל פינוי אפקטיבי של האוויר כפונקציה של הנפח, וישנם גם אמצעים יותר מתקדמים כמו סנסורים שניתן לחבר לקו, 

אשר מודדים את ריכוז החנקן ונותנים לנו אינדיקציה מתי לסגור את בורג החריר.

 

עבודה ממושכת עם חנקן מחייבת עבודה בסביבה מאווררת (חלון פתוח) .

באופן רגיל 78% מן האוויר שאנחנו נושמים הוא חנקן  כאשר רוב היתר (21%) הוא חמצן.

כאשר ריכוז החנקן עולה ל84% אחוז החמצן יורד ל16% כושר השיפוט שלנו יורד ואנחנו לא מודעים לסכנה. לכן נדרשת סביבה מאווררת  בזמן העבודה.

בהנחה שהמארז שלנו אטום לאחר תהליך הייבוש, נקבל סביבה אטומה ללא חשש לעיבוי (קונדנסציה) על משטחים כתוצאה מחזרה למצב צבירה נוזלי בצד הפנימי של המארז שלנו, הנובעת משינויים בלחץ הנפח הפנימי.

אטימות

נושא לא כל כך פשוט שמדובר במוצרים ובמערכות,

 אילוץ תכנוני אשר מאלץ אותנו לעיתים להיות כבולים לעקרונות מסוימים אשר יכולים להגביל את כושר היצירתיות שלנו, ולבסוף גם את הגאומטריה המתקבלת במעטפת המוצר.

על מנת להגיע לאטימות יש לאפיין כל אפליקציה ולתכנן בהתאם לפי העקרונות המנחים: 

קשיחות באזורי ה parting line – (חיבור בין בסיס למכסה) אופן ההידוק ,מרווחי ברגים , מישוריות (גם לאחר שחרור מדפינה) ,טיב שטח, גודל ,סוג וחומר האטם, preload על האטם וכמובן עיבוד מתאים.

כמו כן לקחת בחשבון שילוב של שסתום לבדיקה במוצר הסופי.

 

בדיקת אטימות :

לכל התהליכים הנ"ל אין משמעות ללא אטימות הרמטית ,כל חברה אשר מייצרת בסדרות אפילו קטנות,

חייבת לבצע בדיקת אטימות על מנת לא לבזבז זמן יקר ופירוקים מייסרים בניסיונות להכשיר את התא או המוצר .

ישנן כמה סוגי בדיקות לפני ביצוע תהליכי הכשרה:

בדיקה בוואקום:

 וואקום כשלעצמו הוא גם מהווה בדיקה.

לתאים שגם ככה צריכים לעבור וואקום, הבדיקה היא כבר חלק מתהליך ההכשרה, תא עם דליפות פשוט לא יחזיק וואקום.

בדיקה בוואקום לא תמיד אפשרית ומצריכה setup קצת מסורבל , פשוט יותר לבצע בדיקה בלחץ חיובי .

בדיקה בלחץ חיובי:

תאים\מוצרים שלא נדרשים לוואקום ניתן בסט אפ בסיסי של קומפרסור עם אינדיקטור לחץ על הקו, לבצע בדיקה עם לחץ אוויר חיובי. מספיק לחץ של 0.2 באר על מנת להבין אם התא אטום או לא.

מדובר על בדיקה מחמירה אך פשוטה לביצוע – מהפרקטיקה שלנו מבדיקות שביצענו,

תא שמחזיק לחץ של 0.2 למשך 2-3 דקות יעבור בדיקה ל ip67 במעבדה כאשר בדיקה בלחץ חיובי בדיקה יותר נוחה ונקיה מטבילה .

הזרמת הליום : בדיקה מחמירה מאוד, הזרמת הליום לתא בלחץ חיובי נמוך 0.1-0.2 bar

ובדיקה עם Helium Leak Detector  (בקישור ניתן לראות דוגמה לחיישן ) שהיום כבר נפוץ בתעשייה ,רק קחו בחשבון שהגלאי הזה מזהה את הדליפה הקטנה ביותר ! מדובר על תאים הנדרשים לעמוד באטימות מוחלטת.

כמובן יש גם את כל בדיקות הIP  שכולנו מכירים לפי הסיווגים, אך הן יותר בגדר של בדיקות תקן לאטימות לתנאי סביבה השונים לצורך קבלת אישורים מעבדתיים .

מקווים שסקירה קצרה זאת הועילה בהבנת המושגים ,נשמח כמובן לתגובות או הארות .

תירוש הנדסה הוא משרד תכנון מקצועי המונה צוות של מהנדסים מיומנים ומנוסים במגוון רחב של תעשיות. ב2023 ביצענו יותר מ300 משימות תכנוניות עבור הלקוחות שלנו,  את חלק מהלקוחות שלנו אנחנו מלווים באופן קבוע בפיתוח, תכנון, בייצור וגם באינטגרציה. 
 

ביישום תהליך מובנה שבנינו ובשיטות עבודה חכמות אנחנו דואגים למצוא ולספק את הפתרון הטוב ביותר עבור הלקוחות שלנו מבחינת זמן, כסף, ומשאבים. יורדים עד הפרט הקטן , מתוך עקרון שרק כך ביחד עם הכלים התכנוניים המתקדמים שברשותנו, ניתן "לפגוע" בפעם הראשונה במינימום Time to market .

 
 
 

ניתן כמובן לפנות אלינו לכל שאלה או ייעוץ .

מאחלים בשורות טובות

 

הרשמה לניוזלטר שלנו

קבל מידע ועדכונים שוטפים

עוד מהבלוג שלנו

וואקום Outgassing חנקון ואטימות

אנחנו מקבלים לאחרונה הרבה שאלות הקשורות בנושאים האלו, מצאנו לנכון לשתף סקירה קצרה על מושגים  אלה שנוגעים בשלל מוצרים ומערכות בתעשייה .   וואקום(ריק)-חוסר של

× Hi How can I help ?
דילוג לתוכן