La contaminazione in una camera sottovuoto può causare pericolose reazioni chimiche indesiderate. L’Ufficio di Sicurezza e Salute Ambientale dell’Università di Princeton sottolinea che il lavoro in vuoto può portare a implosioni e potenziali pericoli legati a contaminanti in sospensione nell’aria, vetri, schizzi di sostanze chimiche e incendi. Qui, Chris Johnson, direttore generale del fornitore specializzato di cuscinetti SMB Bearings, spiega cosa considerare nella scelta di lubrificanti e cuscinetti per ambienti sottovuoto.
Le camere sottovuoto richiedono un elevato livello di pulizia, fino alla scala molecolare, per garantire il corretto funzionamento di apparecchiature critiche come attrezzature per la produzione di semiconduttori, camere di simulazione spaziale e dispositivi di ricerca sul plasma.
Gestire un sistema di camera sottovuoto è cruciale a causa del rischio significativo che i contaminanti comportano per la sicurezza, l’affidabilità, la sostenibilità e l’impatto ambientale. Una causa importante di contaminazione nei sistemi di vuoto è il rilascio di gas, che avviene quando sostanze volatili come gas o vapori vengono rilasciati dai materiali esposti a pressioni ridotte.
I cuscinetti sono suscettibili al rilascio di gas a causa dei materiali utilizzati nella loro costruzione e delle condizioni ambientali circostanti. Il rilascio di gas nei cuscinetti può portare a una serie di rischi e sfide, compromettendo gradualmente le loro prestazioni attraverso un aumento dell’attrito, un’usura accelerata e il rischio di guasti.
I cuscinetti sono tipicamente composti da una varietà di materiali, tra cui metalli, plastica e lubrificanti. Alcuni di questi materiali possono contenere composti imprevedibili o gas intrappolati, come lubrificanti con additivi volatili o solventi e plastica con residui di sostanze chimiche di processo.
CUSCINETTI AD ALTE TEMPERATURE
Quando i cuscinetti sono esposti a un ambiente ad alto vuoto, la minore pressione atmosferica esterna rispetto alla pressione interna del materiale può causare la vaporizzazione e la fuoriuscita di queste sostanze nella camera.
La temperatura gioca un ruolo significativo nel processo di rilascio di gas. Temperature più elevate possono accelerare il rilascio di composti pericolosi dai materiali e le fluttuazioni di temperatura durante il funzionamento in una camera sottovuoto possono peggiorare ulteriormente il problema.
Per affrontare questi problemi, è fondamentale scegliere materiali per i cuscinetti che siano meno inclini a questo fenomeno. Ad esempio, i cuscinetti in acciaio inox e i cuscinetti in ceramica sono adatti per camere ad alta temperatura. Opzioni come i cuscinetti in acciaio inox di grado 316 sono capaci di resistere a temperature estreme da -200°C a 500°C, anche se con una capacità di carico ridotta.
L’acciaio inossidabile offre il vantaggio di un rilascio minimo di gas quando utilizzato nella costruzione dei componenti del cuscinetto. Di conseguenza, i cuscinetti in acciaio inossidabile, che siano aperti o schermati, sono una scelta preferita rispetto ai cuscinetti sigillati in gomma nitrilica. quest’ultimi sono comunemente usati in applicazioni a vuoto ma possono presentare rischi di contaminazione, specialmente su superfici delicate come componenti ottici.
Inoltre, molti cuscinetti in plastica non sono adatti a causa dei loro alti tassi di rilascio di gas, ma i cuscinetti in plastica realizzati in PEEK hanno attributi di rilascio di gas minimi, rendendo questo materiale una scelta adatta per l’uso in ambienti sottovuoto e a pressione ridotta.
LUBRIFICAZIONE DEI CUSCINETTI
I cuscinetti spesso dipendono dai lubrificanti per ridurre l’attrito e l’usura. Negli ambienti sottovuoto, la selezione di lubrificanti adatti per i cuscinetti richiede un’attenta considerazione. Questo è principalmente dovuto alla tendenza della maggior parte dei grassi a vaporizzare eccessivamente, causando potenziali contaminazioni e una lubrificazione inefficace.
La scelta del lubrificante per cuscinetti deve quindi essere adatta a tutte le condizioni ambientali specificate, considerando fattori operativi come la velocità, il carico e la temperatura.
Tuttavia, in molte camere ad alto vuoto, i cuscinetti operano a velocità molto basse e vengono utilizzati senza alcun lubrificante o con un rivestimento asciutto, come disolfuro di molibdeno (MoS2). Nei casi in cui la lubrificazione è necessaria, è essenziale optare per un grasso specialistico a basso rilascio di gas.
Inoltre, c’è il rischio di saldatura a freddo nei cuscinetti completamente non lubrificati, poiché l’acciaio si comporta in modo diverso in condizioni di vuoto ultra-alto (UHV). Lo strato di ossido di acciaio del cuscinetto, che può rigenerarsi in aria per prevenire la saldatura a freddo, non ha gli stessi effetti protettivi in un ambiente industriale a vuoto, potenzialmente portando a un contatto metallo su metallo atomico tra anelli, sfere e il ritenitore.
Per ridurre questo rischio, i cuscinetti nelle camere UHV vengono spesso rivestiti a secco con MoS2 o disolfuro di tungsteno (WS2). I grassi specialistici a basso rilascio di gas possono anche prevenire questo problema.Per affrontare efficacemente i problemi legati al rilascio di gas nelle applicazioni a vuoto, è necessario scegliere materiali appositamente progettati con proprietà a basso rilascio di gas, insieme a una lubrificazione appropriata.
La manutenzione regolare e il monitoraggio del sistema di vuoto sono necessari per affrontare prontamente problemi correlati al rilascio di gas. Per prestazioni ottimali, sono disponibili e ampiamente utilizzati grassi perfluorurati a bassa volatilità con tassi minimi di rilascio di gas in applicazioni come la produzione di semiconduttori e le attrezzature per lo spazio profondo.
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