Machbarkeitsanalyse des Metall-C-Rings in der Anwendung von Vakuumtoreventilen
Erstellt 2025.12.28
Abstract: Als ein Kernelement, das das Ein- und Ausschalten von Medien in Vakuumsystemen steuert, bestimmt die Dichtungsleistung von Vakuumtoreventilen direkt den Vakuumgrad, die Betriebssicherheit und die Lebensdauer des Systems. Metall-C-Ringe werden aufgrund ihrer hervorragenden Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verformungsbeständigkeit und langfristigen Dichtungsmerkmale zunehmend in hochentwickelten Dichtungsbereichen eingesetzt. Ausgehend von den Dichtungsanforderungen von Vakuumtoreventilen analysiert dieser Artikel systematisch die zentralen Machbarkeitsindikatoren von Metall-C-Ringen in Anwendungen von Vakuumtoreventilen, wie Anpassungsfähigkeit, Dichtungszuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit an Arbeitsbedingungen, kombiniert mit ihren strukturellen und leistungsbezogenen Vorteilen. Gleichzeitig werden potenzielle Probleme und entsprechende Lösungen während der Anwendung diskutiert, um theoretische und praktische Referenzen für die ingenieurtechnische Anwendung von Metall-C-Ringen in Vakuumtoreventilen bereitzustellen.
1. Einführung
Vakuumtore werden in hochentwickelten Bereichen wie der Halbleiterfertigung, der Photovoltaikindustrie, der Vakuumbeschichtung und der Luft- und Raumfahrt weit verbreitet eingesetzt. Ihre Kernfunktion besteht darin, ein schnelles Ein- und Ausschalten sowie eine zuverlässige Abdichtung von Vakuumsystemen zu realisieren. In diesen Anwendungsszenarien stellt das System häufig strenge Anforderungen an die Dichtungen, wie z. B. ultrahochvakuum Umgebungen (Druck ≤ 10⁻⁷ Pa), einen breiten Temperaturbereich (-50℃ ~ 500℃ und darüber hinaus), starke korrosive Medien (wie Plasma, chemische Dampfabscheidung Abgas) und Stabilitätsanforderungen für häufige Langzeitumschaltungen.
Derzeit sind die gebräuchlichsten Dichtungen für Vakuumtore hauptsächlich Gummidichtungen (wie O-Ringe, Materialien einschließlich Fluorkautschuk, Silikonkautschuk usw.) und Metallsiegel (wie metallische O-Ringe, C-Ringe, Wellenplattendichtungen usw.). Obwohl Gummidichtungen Vorteile wie niedrige Kosten und einfache Installation bieten, sind sie unter hohen Temperaturen, Ultrahochvakuum und starken Korrosionsbedingungen anfällig für Alterung, Verflüchtigung (Ausgasung), Verformung und andere Probleme, was zu einer verringerten Dichtleistung und einer verkürzten Lebensdauer führt, die es schwierig machen, die Anforderungen an den langfristig stabilen Betrieb von hochwertigen Vakuumsystemen zu erfüllen.
Als effiziente metallische elastische Dichtung verleiht die einzigartige C-förmige Querschnittsstruktur von Metall-C-Ringen ihnen eine gute elastische Kompensationsfähigkeit. Gleichzeitig zeichnen sie sich aufgrund der hervorragenden Eigenschaften von Metallmaterialien durch hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, niedrige Ausgasungsrate und andere Aspekte aus. Ziel dieses Papiers ist es, die Machbarkeit von Metall-C-Ringen in Anwendungen von Vakuumtoreventilen zu demonstrieren, indem ihre strukturellen und leistungsbezogenen Eigenschaften analysiert werden, kombiniert mit dem Dichtungsarbeitsprinzip und den Arbeitsbedingungen von Vakuumtoreventilen, und optimierte technische Richtungen für ihre Anwendung vorgeschlagen werden.
2. Strukturelle und Kernleistungsmerkmale von Metall-C-Ringen
2.1 Strukturelle Merkmale
Der Querschnitt von Metall-C-Ringen hat die Form eines "C" und wird normalerweise aus einer einzigen Schicht dünnem Metallblech gestanzt. Einige hochwertige Produkte verwenden mehrschichtige Verbundstrukturen oder Oberflächenbeschichtungen (wie Vergoldung, Versilberung, Vernickelung usw.). Ihr struktureller Vorteil liegt darin, dass sich bei axialer Druckbelastung die Öffnung des C-Rings elastisch ausdehnt, wodurch die äußere (oder innere) kreisförmige Oberfläche der Dichtung eng mit der Wand der Dichtnut anliegt und eine Linienkontakt-Dichtung bildet; gleichzeitig kann die bogenförmige Seitenwand des C-Rings die durch Montagefehler, Verformungen des Ventilkörpers und Temperaturänderungen verursachte Verschiebung durch elastische Deformation aufnehmen, wodurch eine gute Kompensationsfähigkeit gegeben ist. Darüber hinaus bildet die hohle Struktur des C-Rings während des Kompressionsprozesses eine bestimmte Druckkammer im Inneren, die den Dichteffekt weiter verstärkt. Besonders in der Vakuumumgebung ist dieses "selbstverstärkende" Dichtungsmerkmal ausgeprägter.
2.2 Kernleistungsmerkmale
1. Hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit: Metall-C-Ringe bestehen normalerweise aus hochtemperaturbeständigen Metallmaterialien wie Edelstahl (304, 316L), Inconel-Legierung, Hastelloy-Legierung usw. Der Betriebstemperaturbereich kann -200℃ bis 800℃ abdecken, und einige spezielle Materialien können sogar stabil in Hochtemperaturumgebungen über 1000℃ arbeiten, was weit überlegen ist gegenüber Gummidichtungen (normalerweise liegt die maximale Betriebstemperatur ≤ 250℃).
2. Niedrige Ausgasungsrate, geeignet für Ultrahochvakuum: Metalle haben selbst eine hohe molekulare Stabilität und eine extrem niedrige Volatilisation (Ausgasungsrate) in Vakuumumgebungen. Nach geeigneten Oberflächenbehandlungen (wie Vakuumglühen, Polieren) kann die Ausgasungsrate unter 10⁻¹⁰ Pa·m³/(s·m²) kontrolliert werden, was die Dichtungsanforderungen von Ultrahochvakuumsystemen (≤ 10⁻⁷ Pa) erfüllen kann. Gummidichtungen sind jedoch schwer an Ultrahochvakuumumgebungen anzupassen, da die organischen Komponenten in ihren eigenen Materialien leicht volatilisiert werden.
3. Hohe Korrosionsbeständigkeit: Metall-C-Ringe aus korrosionsbeständigen Legierungsmaterialien oder mit Oberflächenbeschichtungen können der Erosion durch korrosive Medien wie Säuren, Laugen, Salze und Plasma widerstehen und sind geeignet für Vakuumsysteme mit korrosiven Arbeitsbedingungen wie chemische Dampfabscheidung (CVD) und Plasmaätzen. Im Gegensatz dazu neigen Gummidichtungen dazu, unter starken Korrosionsbedingungen zu quellen und zu altern, was ein hohes Risiko für Dichtungsfehler mit sich bringt.
4. Starke elastische Kompensationsfähigkeit und hohe Dichtungszuverlässigkeit: Die Querschnittsstruktur von C-Ringen verleiht ihnen einen großen elastischen Verformungsbereich, der effektiv den Planheitsfehler der Dichtfläche, die Mikrodeformation des Ventilkörpers bei Temperaturänderungen oder Druckschwankungen sowie den Verschleiß durch häufiges Schalten kompensieren kann, was eine langfristige Dichtungszuverlässigkeit gewährleistet. Darüber hinaus haben Metallmaterialien eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit und eine viel längere Lebensdauer als Gummidichtungen, was die Wartungshäufigkeit und die Ausfallzeiten des Vakuumsystems reduzieren kann.
5. Ausgezeichnete Druckbeständigkeit: Metall-C-Ringe können hohe axiale Drucklasten tragen. In Hochdruckunterschied-Vakuumsystemen (wie dem Umschaltprozess zwischen Vakuumsystem und Atmosphäre) sind sie nicht anfällig für plastische Verformung oder Ausfall, und ihre Dichtungsstabilität ist überlegen gegenüber der von Gummidichtungen.
3. Analyse der Dichtungsanforderungen und Arbeitsbedingungen von Vakuumtoreventilen
3.1 Dichtungsarbeitsprinzip
Der Dichtkern des Vakuumtoreventils besteht darin, die Ventilplatte durch einen Antriebsmechanismus (wie einen Zylinder, Motor) zu bewegen, sodass die Dichtung auf der Ventilplatte eng mit der Dichtfläche des Ventilkörpers abschließt und den Gasfluss zwischen dem Vakuumsystem und der Außenwelt (oder verschiedenen Kammern des Systems) blockiert. Je nach den unterschiedlichen Dichtteilen kann es in Ventilplattendichtung (Primärdichtung) und Ventilstangendichtung (Dynamikdichtung) unterteilt werden. Dabei bestimmt die Ventilplattendichtung direkt die Vakuumdichtleistung des Systems und ist der zentrale Dichtungslink. Die Dichtwirkung des Vakuumtoreventils hängt hauptsächlich vom Anpassungsgrad zwischen der Dichtung und der Dichtfläche, der elastischen Kompensationsfähigkeit der Dichtung und der Stabilität des Materials ab.
3.2 Wichtige Anforderungen an die Arbeitsbedingungen (feldspezifische Verfeinerung)
1. Anforderungen an den Vakuumgrad: Die Anforderungen an den Vakuumgrad von Vakuumtore in verschiedenen Anwendungsbereichen variieren erheblich, und die Kernbereiche zeigen einen Trend zu ultrahohen Vakuum. Unter ihnen hat der Halbleiterbereich (wie Ionenimplantation und Dünnschichtabscheidungsprozesse in der Chipfertigung) die strengsten Anforderungen an den Vakuumgrad, der das ultrahohe Vakuumniveau (≤ 10⁻⁹ Pa) erreichen muss, und einige fortschrittliche Prozesse erfordern sogar ≤ 10⁻¹¹ Pa, um eine Kontamination der Waferoberfläche durch Restgase zu vermeiden und die Geräteleistung zu beeinträchtigen; der Photovoltaikbereich (wie PECVD-Beschichtung und Metallisierungsprozesse von kristallinen Siliziumbatterien) benötigt hauptsächlich Hochvakuum bis ultrahohes Vakuum (10⁻⁶ ~ 10⁻⁸ Pa), um die Gleichmäßigkeit und Reinheit der Beschichtungsschicht sicherzustellen und Filmfehler zu verhindern, die durch unzureichenden Vakuumgrad verursacht werden. Darüber hinaus wird Niedervakuum (10⁵ ~ 10⁻¹ Pa) hauptsächlich für die Vorbehandlung von Vakuumsystemen oder die Ein-Aus-Steuerung von Hilfskammern in beiden Bereichen verwendet.
2. Temperaturarbeitsbedingungen: Die Temperaturarbeitsbedingungen in beiden Bereichen zeigen die Eigenschaften von "hohen Schwankungen und hohen Extremwerten", und es gibt signifikante Unterschiede zwischen den Prozessen. Der Halbleiterbereich hat einen sehr großen Temperaturbereich. Zum Beispiel muss der Niedertemperatur-Abscheidungsprozess in einer Niedertemperaturumgebung von -100℃ bis -50℃ durchgeführt werden, während die Hochtemperatur-Glüh- und Metallisierungsprozesse in einer Hochtemperaturumgebung von 400℃ bis 800℃ betrieben werden müssen, und einige spezielle Prozesse können sogar über 1000℃ erreichen, was erfordert, dass die Dichtung in einem weiten Temperaturbereich eine stabile Elastizität aufrechterhält; der photovoltaische Bereich hat hauptsächlich mittel- und hochtemperaturarbeitsbedingungen. Die Temperatur des PECVD-Beschichtungsprozesses liegt normalerweise zwischen 200℃ und 450℃, und die Temperatur des kristallinen Silizium-Glühprozesses kann 600℃ bis 900℃ erreichen. Es gibt häufige Heiz-Kühl-Zyklen (Dutzende Male am Tag), was extrem hohe Anforderungen an die thermische Ermüdungsbeständigkeit der Dichtung stellt. Im Gegensatz dazu neigen Gummidichtungen dazu, unter den oben genannten Hochtemperaturbedingungen zu altern und zu karbonisieren, und unter Niedertemperaturbedingungen zu sprödem Bruch, was schwer anzupassen ist.
3. Mediumarbeitsbedingungen: In beiden Bereichen gibt es korrosive Medien, und die Anforderungen an die Umweltkontrolle sind streng. Die korrosiven Medien im Halbleiterbereich sind komplexer. Zum Beispiel erzeugt der Plasmaätzen-Prozess hochkorrosives Plasma und Reaktionsabgase, die Fluor, Chlor, Brom usw. enthalten, und der chemische Dampfabscheidungsprozess (CVD) verwendet brennbare, explosive und korrosive Gase wie Ammoniak und Silan. Diese Medien können die Dichtung leicht erodieren und Schadstoffe erzeugen, was erfordert, dass die Dichtung eine extrem starke Korrosionsbeständigkeit und Nichtfreisetzungseigenschaften aufweist; die korrosiven Medien im Photovoltaikbereich stammen hauptsächlich aus Silan, Ammoniakabgas im PECVD-Prozess und verbleibenden Säure-Base-Stoffen im Reinigungsprozess. Obwohl die Korrosion etwas geringer ist als im Halbleiterbereich, erfordert es auch, dass die Dichtung keine Schadstofffreisetzung hat, um die Umwandlungseffizienz von Photovoltaikzellen nicht zu beeinträchtigen. Darüber hinaus verbieten die sauberen Vakuumsysteme in beiden Bereichen streng, dass die Dichtung flüchtige Stoffe oder partikuläre Verunreinigungen erzeugt, und das Problem der Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) aus Gummidichtungen ist schwer zu lösen.
4. Betriebsfrequenz: Die Hochfrequenzwechselanforderung automatisierter Produktionslinien ist erheblich, und die Frequenzschichtung wird durch Prozessunterschiede im Feld verursacht. In den Hochleistungs-Chip-Produktionslinien (wie 7nm und darunter) im Halbleiterbereich kann die tägliche Schaltfrequenz von Vakuumtoreventilen Tausende von Malen erreichen (einige Schlüsselkammern sogar Zehntausende von Malen), was erfordert, dass die Dichtung extreme Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit aufweist; in den großflächigen Produktionslinien im Photovoltaikbereich liegt die tägliche Schaltfrequenz von Vakuumtoreventilen normalerweise bei Hunderten bis Tausend Malen, was niedriger ist als im Halbleiterbereich, aber es muss über einen langen Zeitraum kontinuierlich betrieben werden (normalerweise nur 1-2 Mal im Monat zur Wartung abgeschaltet) und hat extrem hohe Anforderungen an die langfristige Stabilität der Dichtung. Die Lebensdauer von Gummidichtungen kann normalerweise nur Tausende von Schaltungen unterstützen. Häufiger Austausch führt zu Produktionsstillständen und erhöht erheblich die Wartungskosten.
5. Montage und Wartung: Beide Bereiche verfolgen "wartungsarme und schnell wechselbare" Dichtungslösungen, um den effizienten Betriebsanforderungen von Produktionslinien gerecht zu werden. Die Vakuumkammern im Halbleiterbereich sind überwiegend präzise modulare Designs. Die Dichtungen müssen sich an den engen Dichtnutenraum anpassen und eine Kontamination der Kammer während des Austauschs vermeiden, was erfordert, dass die Dichtungen einfach zu installieren und genau positioniert sind; der Photovoltaikbereich hat eine hohe Produktionslinienkapazität und eine große Anzahl von Geräten. Es erfordert, dass der Austauschprozess der Dichtung einfach und zeitsparend ist und sich an die Dichtnutstruktur der bestehenden gängigen Vakuumtore ohne großflächige Modifikation des Ventilkörpers anpasst. Die Anpassungsfähigkeit und der breite Kompressionsbereich von metallischen C-Ringen können besser an die Montage- und Wartungsbedürfnisse beider Bereiche angepasst werden.
4. Machbarkeitsanalyse der Anwendung von Metall-C-Ringen in Vakuumtoreventilen
4.1 Analyse der Anpassungsfähigkeit der Dichtungsleistung
Die niedrige Ausgasungsrate von Metall-C-Ringen macht sie perfekt geeignet für die Dichtungsbedürfnisse von Ultrahochvakuum-Torventilen. In der Ultrahochvakuum-Umgebung sind die organischen Komponenten von Gummidichtungen leicht flüchtig, und das erzeugte Ausgasen erschwert die Verbesserung des Systemvakuums, und die Flüchtigen können die Vakuumkammer kontaminieren; während Metall-C-Ringe hochstabile Metallmaterialien verwenden, und nach der Vakuum-Glühbehandlung kann die Ausgasungsrate auf ein extrem niedriges Niveau reduziert werden, was die Vakuumstabilität des Ultrahochvakuumsystems effektiv gewährleisten kann.
Gleichzeitig kann die elastische Kompensationsfähigkeit der Metall-C-Ringe effektiv an den Ebenheitsfehler der Dichtfläche des Vakuumtoreventils angepasst werden. Obwohl die Dichtfläche des Vakuumtoreventilkörpers präzise bearbeitet ist, gibt es dennoch leichte Ebenheitsabweichungen, und der Ventilkörper kann unter Temperaturschwankungen oder Druckschwankungen Mikrodeformationen erfahren. Während des Kompressionsprozesses des Metall-C-Rings kann die elastische Ausdehnung seiner C-förmigen Struktur die Dichtfläche eng an die Wand der Dichtnut anpassen, wodurch eine zuverlässige Linienkontakt-Dichtung entsteht, die effektiv den Bearbeitungsfehler der Dichtfläche und die Deformation des Ventilkörpers ausgleicht und die Dichtungszuverlässigkeit gewährleistet. Darüber hinaus kann die selbstverstärkende Dichtungscharakteristik des C-Rings den Dichtungs-Effekt im Vakuum weiter verbessern: Wenn der Vakuumgrad des Systems steigt, ist der Druck im Inneren des C-Rings niedriger als die externe Vakuumumgebung, was den C-Ring dazu anregt, sich weiter auszudehnen, den Anpressdruck der Dichtfläche zu erhöhen und den Effekt zu erzielen: "je höher das Vakuum, desto besser die Dichtung". Dieses Merkmal stimmt hochgradig mit den Dichtungsbedürfnissen des Vakuumtoreventils überein.
4.2 Analyse der Anpassungsfähigkeit an Arbeitsbedingungen
1. Temperaturanpassungsfähigkeit: Der Betriebstemperaturbereich von Metall-C-Ringen (-200℃ ~ 800℃) ist viel breiter als der von Gummidichtungen, die sich an die Hoch- und Niedertemperaturarbeitsbedingungen von Vakuumtoreventilen anpassen können. In Hochtemperatur-Vakuumsystemen (wie Vakuumbeschichtung, Hochtemperaturglühen) neigen Gummidichtungen dazu, zu altern, weich zu werden und sogar zu karbonisieren, was zu Dichtungsfehlern führt; während Metall-C-Ringe aus hochtemperaturbeständigen Legierungsmaterialien in Hochtemperaturumgebungen eine stabile Elastizität und strukturelle Festigkeit aufrechterhalten können, ohne dass die Dichtungsleistung beeinträchtigt wird. In Niedertemperatur-Vakuumsystemen haben Metallmaterialien eine ausgezeichnete Niedertemperaturzähigkeit und werden aufgrund der niedrigen Temperaturen nicht hart und brechen spröde wie Gummidichtungen, was die Dichtungszuverlässigkeit gewährleistet.
2. Mittlere Anpassungsfähigkeit: Metall-C-Ringe können effektiv der Erosion von aggressiven Medien wie Plasma und korrosiven Abgasen widerstehen, indem korrosionsbeständige Legierungsmaterialien (wie Hastelloy-Legierung, Inconel-Legierung) ausgewählt oder Oberflächenbeschichtungsbehandlungen (wie Vergoldung, Vernickelung) durchgeführt werden. In den Plasmaätzen und CVD-Prozessen der Halbleiterherstellung oxidieren und erodieren Gummidichtungen leicht durch Plasma, was zu Dichtungsfehlern und Schadstoffbildung führt; während Metall-C-Ringe eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen, stabil über längere Zeit arbeiten können und keine Schadstofffreisetzung haben, was den Anforderungen an saubere Vakuumsysteme entspricht.
3. Anpassungsfähigkeit der Betriebsfrequenz: Die Ermüdungsbeständigkeit und Abriebfestigkeit von Metallmaterialien sind denjenigen von Gummimaterialien weit überlegen. In der Vakuumklappe mit häufigem Schalten können Metall-C-Ringe wiederholte Kompression und Rückfederung aushalten und sind nicht anfällig für Ermüdungsschäden oder Abrieb. Die Lebensdauer kann Zehntausende oder sogar Hunderttausende von Zyklen erreichen, was deutlich länger ist als die von Gummidichtungen (in der Regel nur Tausende von Zyklen). Dies kann die Wartungsfrequenz und die Ausfallzeiten des Vakuumsystems erheblich reduzieren und die Produktionseffizienz verbessern.
4.3 Analyse der Anpassungsfähigkeit von Struktur und Montage
Die Dichtnut des Vakuumtoreventils ist normalerweise eine rechteckige Nut oder eine trapezförmige Nut. Die Querschnittsgröße des Metall-C-Rings kann entsprechend der vorhandenen Dichtnutstruktur angepasst werden, ohne dass eine wesentliche Modifikation des Ventilkörpers erforderlich ist, und hat eine gute strukturelle Anpassungsfähigkeit. Im Vergleich zu Metall-O-Ringen haben Metall-C-Ringe einen größeren Kompressionsbereich (normalerweise 15 % bis 30 % der Querschnittshöhe), niedrigere Anforderungen an die Montagegenauigkeit und sind einfach zu installieren und zu debuggen. Darüber hinaus sind Metall-C-Ringe leicht, verursachen keine zusätzliche Belastung des Antriebsmechanismus der Ventilplatte und passen sich den Anforderungen an das leichte Design von Vakuumtoreventilen an.
4.4 Wirtschaftlichkeitsanalyse
Aus der Perspektive der Anfangskosten ist der Preis von Metall-C-Ringen höher als der von Gummidichtungen, aber ihre Lebensdauer ist viel länger als die von Gummidichtungen, und sie können die Ausfallkosten für Wartung und Produktverschrottung, die durch Dichtungsfehler verursacht werden (wie z.B. Waferkontamination durch Dichtungsfehler in der Halbleiterfertigung), reduzieren. In hochwertigen Vakuumsystemen können die langfristigen Dichtungsmerkmale von Metall-C-Ringen die Lebenszykluskosten erheblich senken und haben eine gute wirtschaftliche Machbarkeit. Darüber hinaus werden mit der Reife der Fertigungstechnologie für Metall-C-Ringe ihre Produktionskosten schrittweise gesenkt, was die wirtschaftliche Machbarkeit ihrer Anwendung in Vakuumtoreventilen weiter verbessert.
5. Potenzielle Probleme und Lösungen während der Anwendung
5.1 Potenzielle Probleme
1. Risiko von Beschädigungen der Dichtfläche: Die Härte von Metall-C-Ringen ist höher als die von Gummidichtungen. Wenn sich Verunreinigungen (wie Metallpartikel, Staub) auf der Dichtfläche befinden oder die Oberflächenrauhigkeit hoch ist, können die Metall-C-Ringe während des Schließvorgangs der Ventilplatte die Dichtfläche zerkratzen, was die Dichtungsleistung beeinträchtigt.
2. Schwierigkeiten bei der Kompressionskontrolle: Die Dichtungsleistung von metallischen C-Ringen ist empfindlich gegenüber der Kompressionsmenge. Eine zu geringe Kompressionsmenge führt zu einer lockeren Passung der Dichtfläche und zu Undichtigkeiten; eine zu große Kompressionsmenge kann zu plastischer Verformung des C-Rings und zum Verlust der elastischen Kompensationsfähigkeit führen. Wenn die Positionierungsgenauigkeit des Antriebsmechanismus des Vakuumtoreventils unzureichend ist, kann die Kompressionsmenge instabil sein, was die Dichtwirkung beeinträchtigt.
3. Elastizitätsabnahme in Niedrigtemperaturumgebungen: Obwohl die Niedrigtemperaturleistung von metallischen C-Ringen der von Gummidichtungen überlegen ist, kann die Elastizität einiger metallischer Materialien in extremen Niedrigtemperaturumgebungen (z. B. unter -150℃) bis zu einem gewissen Grad abnehmen, was die elastische Kompensationsfähigkeit der Dichtung beeinträchtigen kann.
5.2 Lösungen
1. Optimieren Sie die Verarbeitung und Reinigung der Dichtfläche: Verbessern Sie die Verarbeitungsgenauigkeit der Dichtfläche des Ventilkörpers und reduzieren Sie die Oberflächenrauhigkeit (Ra ≤ 0,8 μm wird empfohlen); fügen Sie Filtergeräte im Vakuumsystem hinzu, um Verunreinigungen am Dichtteil zu reduzieren; führen Sie eine Weichbeschichtung (wie Silber- oder Goldbeschichtung) auf der Oberfläche des metallischen C-Rings durch, um die Härte der Dichtung zu reduzieren und Schäden an der Dichtfläche zu vermeiden.
2. Verbessern Sie die Positionierungsgenauigkeit des Antriebsmechanismus: Verwenden Sie hochpräzise Antriebsmechanismen (wie Servomotoren, Präzisionszylinder) und arbeiten Sie mit Wegsensoren zusammen, um eine präzise Steuerung des Kompressionsbetrags zu erreichen; optimieren Sie das Design der Dichtnut entsprechend dem Material und der Querschnittsgröße des metallischen C-Rings und setzen Sie den Kompressionsbereich vernünftig fest (in der Regel wird ein Bereich von 20 % bis 25 % empfohlen), um eine stabile Dichtleistung sicherzustellen.
3. Wählen Sie geeignete Materialien für niedrige Temperaturen: Bei extremen Arbeitsbedingungen mit niedrigen Temperaturen sollten metallische Materialien mit hervorragender Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen ausgewählt werden (wie austenitischer Edelstahl, Inconel-Legierung), oder es sollte eine Alterungsbehandlung bei niedrigen Temperaturen an metallischen C-Ringen durchgeführt werden, um deren elastische Stabilität in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen zu verbessern.
6. Schlussfolgerungen und Aussichten
6.1 Schlussfolgerungen
Metall-C-Ringe sind aufgrund ihrer hervorragenden Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, niedrigen Ausgasungsrate, starken elastischen Kompensationsfähigkeit und langfristigen Dichtungsmerkmale hochgradig konsistent mit den Dichtungsanforderungen von Vakuumtoreventilen und weisen eine gute Durchführbarkeit in der Anwendung von Vakuumtoreventilen auf. Dies spiegelt sich konkret wider in: ① Die Dichtungsleistung ist geeignet für Ultra-Hochvakuum, breite Temperaturbereiche und korrosive Medienarbeitsbedingungen; ② Die Struktur ist geeignet für das Dichtnuten-Design bestehender Vakuumtoreventile, und die Montage ist einfach; ③ Die Ermüdungsbeständigkeit ist ausgezeichnet, die Lebensdauer ist lang und die Lebenszykluskosten sind niedrig. Durch die Optimierung der Bearbeitung der Dichtfläche, die Verbesserung der Positionierungsgenauigkeit des Antriebsmechanismus und die Auswahl geeigneter Materialien können potenzielle Probleme wie Dichtflächenbeschädigung und instabile Kompression während der Anwendung effektiv gelöst werden, was die Dichtungszuverlässigkeit weiter gewährleistet.
6.2 Aussichten
In der Zukunft, mit der kontinuierlichen Verbesserung der Anforderungen an die Dichtungsleistung von hochwertigen Vakuumsystemen, wird die Anwendungsprognose von metallischen C-Ringen in Vakuumtoreventilen breiter sein. Es wird empfohlen, ihre Anwendungsleistung aus den folgenden Aspekten weiter zu optimieren: ① Entwickeln Sie neue Verbundmetallmaterialien, um die Korrosionsbeständigkeit, die Elastizität bei niedrigen Temperaturen und die Verschleißfestigkeit der Dichtung zu verbessern; ② Verwenden Sie fortschrittliche Fertigungsprozesse (wie 3D-Druck), um die personalisierte Anpassung von metallischen C-Ringen zu realisieren und sich an komplexe Dichtungsstrukturen anzupassen; ③ Kombinieren Sie Simulationstechnologie, um das strukturelle Design der Dichtnut und des C-Rings zu optimieren und die Dichtungsleistung sowie die Montagegenauigkeit zu verbessern; ④ Führen Sie Langzeitbetriebsbedingungenstests durch, sammeln Sie Anwendungsdaten von metallischen C-Ringen in verschiedenen Vakuumsystemen und bieten Sie umfassendere technische Unterstützung für Ingenieuranwendungen.