产品贴士 - 真空润滑脂和O型圈

2019-12-06 12:50:46 普发真空技术（上海）有限公司

提问：

在长时间使用后，我真空室内的 O 型圈并不是 100% 密封的。拧紧螺丝也不起作用。曾有人建议我使用真空润滑脂润滑 O 型圈。这招应该能让真空好些。我该照做么？

回答：
润滑脂应当慎用。使用 O 型圈密封，薄薄一层就能够使其密封性大大提高。其特点即 “体积小、耐力高”。真空计上显示了更好的真空值。在泄漏测试时，测量出的泄漏率非常低。这一改进是以较高的重物质背景为代价的。这种污染很难从泵室内去除。

如心存疑惑，应避免使用润滑脂。
如不使用一薄层润滑脂，应对密封表面和 O 型圈进行检查。如有破损，有必要的话可对密封表面进行重新抛光，或者更换 O 型圈。

理由：
拧紧螺丝：

在 O 型圈中，弹性体能够对金属密封表面的所有参差表面进行填充和平衡。此时需要 ~15 至 25 %的平面和压缩永久变形。如果压力过低，连接件就无法密封。如果压力过高，O 型圈就会被“压碎”。这种压缩是由定心环或 O型环槽精确限定的。如果法兰已经停留在定心环上，或者已经与环槽接触，那么再用力去拧紧螺丝也无济于事。

在正常情况下，O 型圈的高真空连接件是非常耐用的。尤其是标准的氟橡胶材料基本不会出现老化。泄漏问题往往是安装过程中的污染所致。因此，打开、清洁和重新密封连接件可能是解决方案。

尽管 O 型圈复合物非常坚硬、难以处理，如频繁开启会导致密封或密封表面受损或划伤。虽然在最高温度附件烘烤，O 型圈被挤压成椭圆形，但它仍能长时间保持良好的密封性。举例而言，无论是化学、射线或是等离子侵袭，均取决于各自的应用。

真空润滑脂：
真空中的润滑脂或油液会提供一些好处，但也存在非常严重的缺点。
我们首先会列出一些润滑脂的好处，然后为大家说明为何心存疑惑就最好避免使用它们。

首先，使用润滑脂的好处是：
润滑脂和油液可以减少部件移动时产生的摩擦，如滚珠和滑动轴承。
在螺丝钉中，可避免螺纹的磨损，增加连接件的紧密性。在旋片式真空泵中，油液被用来密封间隙，并且能够泵获得非常好的最终压力。

图1：如果 ISO-KF 和 ISO-K 达到 DN 250尺寸，定心环是指定的，那么 O 型圈将会从 5 mm 被精确压缩至 3.9 mm。

在静态密封中，润滑脂可以填平所有表面不平区域，有助于泄漏率维持在较低水平。在这种情况下，润滑脂允许工作人员在较低的接触压力和较低弹性体压缩状态下进行工作。对密封表面的粗糙度要求也没那么严格了。一个非常典型的例子便是使用硅润滑脂对磨砂玻璃接缝进行密封，如在化学结构方面的运用，如：“标准”或“锥形磨口连接”。使用高粘性的硅润滑剂时无需任何弹性体密封。

由于材料组合的不同，润滑脂还可渗透到弹性体表面中，导致顶层出现轻微的膨胀。这反而有助于对一些参差表面的填充。

真空技术中 O 型圈的规则是：“少即是多。”应用层应该非常的薄，且看起来几乎是干燥的一层。

下面再给大家介绍缺点：
在处理部件时，润滑脂会被沾到其他部件上。一些灰尘和污染物很容易附着在润滑脂表层。润滑脂量过大的话还可能会溢满整个 O 型槽。弹性体没有多余的空间进行热膨胀，其膨胀量往往是周围金属材料的十倍左右。

润滑脂是一种高粘性液体，往往具有非常高的蒸汽压力。因此，人们无法阻止有少量油脂蒸发和分散到真空中。这些少量油脂可以在质谱仪中检测到。在质谱仪中，可以清晰的看到润滑脂不是一类有着固定质量的分子；相反它一直是各种链长的混合物。不同长度链的片段可为质量大于 45 amu 的原子提供普遍有污迹的周期性背景信号。人们必须在每一个案例中分析这些痕迹是否会对过程或用户计划的实验产生有害影响。
每一种润滑脂都具有有限的温度范围。通常，数据表中给出的限值是热分解限值。油脂的粘度会随着温度的变化而发生显著的变化，它的特性也会发生改变并会“流出”。

这不是真空中最大的问题。但是蒸汽压力会随温度的升高而呈指数上升。甚至在温度上升幅度较小—在 20-100 摄氏度之间时，蒸汽压力也会显著升高，主要表现为三个量级。少量的润滑脂会蒸发，散布在设备的各个角落，并在腔室温度最低的地方凝结。
不要将润滑脂的蒸汽压力与“操作压力”混淆。它至多代表润滑脂可实现的分压下限。

目前都有哪些润滑脂？
硅润滑脂
这类合成的润滑脂由硅氧烷链或带有氧原子桥的硅原子组成。它们非常具有化学惰性，并且耐多种特定媒质，尤其是像水和水蒸气之类的极性溶剂。
硅润滑脂也非常便宜。在任何情况下，即便很薄的一层硅脂分子都能够降低表面张力。在有涂层设备中，不适宜使用硅脂化合物，因为其附着性会受到影响。

矿物脂
矿物脂主要由烃链构成，烃链经过多次蒸馏，其挥发成分已经被去除。
这些烃链被紫外线和 X 射线破坏后，会形成一个碳层。当针对这些波长与薄膜反射镜一起使用时，这些碳沉积物会大大影响光学效率。因此，XUV 辐射领域的应用对碳氢化合物的污染特别敏感。这包括，例如，X 射线望远镜的空间模拟器，还包括用于表面调查或光刻的测量设备。

氟润滑脂
氢原子几乎完全被碳链周围的氟原子取代。在全氟聚醚中，一些氧桥保留在了碳链中。这些化合物具有很强的稳定性和化学惰性。例如，它们可以在高氧气分压环境下使用。因此，这些化合物通常都具有生物惰性，且无毒。它们具有非常广泛的温度范围。只有在几百度的高温下才会发生分解，由于氟原子的存在，分解时会释放有毒和腐蚀性化合物。

在使用真空润滑脂作为 O 型圈密封剂前，您应该先考虑以下几个问题：真空到底有多干净？例如，在气流量高且温度较低的前级真空区域，人们可能会想到使用润滑脂—尤其是在使用了油封的旋片式真空泵时。如果在高真空环境下使用扩散泵，几个额外的碳氢化合物通常不是问题。在沉积率高气流快的分层，沉积物往往没有时间沉着，因此一层薄薄的油脂能够延长密封件的使用寿命。

对于高洁净度标准的过程，润滑脂的使用是严格禁止的。这些过程通常用 CF 法兰密封；然而，对于加载，弹性体密封法兰几乎总是包含在内。如果您对此有任何疑惑，则应该计划使用带有间抽或闸室的双 O 型环槽。

在普发真空，当为特别洁净的UHV应用安装 O 型圈时，他们的安装不仅要“干燥”（无油脂），而且安装前还要在真空炉中进行额外的脱气。要提前去除生产或操作过程中生成的挥发性残留物，而不要在清洁的真空室内通过烘烤来去除。