La contaminazione in una camera a vuoto può causare pericolose reazioni chimiche e effetti indesiderati. L’Ufficio per la Salute e la Sicurezza Ambientale dell’Università di Princeton (EHS) sottolinea che il lavoro in vuoto può portare a implosioni e potenziali pericoli legati a contaminanti atmosferici, vetro, schizzi di sostanze chimiche e incendi. Qui, Chris Johnson, direttore generale del fornitore specializzato di cuscinetti SMB Bearings, spiega cosa bisogna considerare nella scelta dei lubrificanti e dei cuscinetti per ambienti sottovuoto.
Le camere a vuoto richiedono un alto livello di pulizia, fino alla scala molecolare. Questo è cruciale per garantire il corretto funzionamento di attrezzature critiche, come macchinari per la produzione di semiconduttori, camere di simulazione spaziale e dispositivi di ricerca sul plasma, per citarne alcuni.
La gestione di un sistema di camera a vuoto è cruciale a causa del rischio significativo che i contaminanti rappresentano per la sicurezza, l’affidabilità, la sostenibilità e l’impatto ambientale. Una causa significativa di contaminazione nei sistemi di vuoto è l’outgassing, che si verifica quando sostanze volatili come gas o vapori vengono rilasciati da materiali esposti a pressioni ridotte.
Questo fenomeno può influenzare significativamente le prestazioni e la pulizia del sistema. L’outgassing riduce la purezza della camera a vuoto, provocando variazioni di pressione all’interno della camera e contaminando altre attrezzature.
I cuscinetti sono suscettibili all’outgassing a causa dei materiali utilizzati nella loro costruzione e delle condizioni ambientali circostanti. L’outgassing 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 potenziale di guasto.
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 plastiche con residui di sostanze chimiche di lavorazione.
I cuscinetti spesso dipendono dai lubrificanti per ridurre l’attrito e l’usura. Negli ambienti a vuoto, la scelta di lubrificanti adeguati richiede una considerazione attenta. Questo è dovuto principalmente alla tendenza della maggior parte dei grassi a vaporizzare eccessivamente, provocando potenziali contaminazioni e una lubrificazione inefficace.
Tuttavia, in molte camere ad alto vuoto, i cuscinetti operano a velocità molto basse e vengono utilizzati senza alcun lubrificante o hanno un rivestimento a secco, come il disolfuro di molibdeno (MoS2). Nei casi in cui è necessaria la lubrificazione, è essenziale optare per un grasso per vuoto specialistico a bassa emissione.
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 nell’aria per prevenire la saldatura a freddo, non ha gli stessi effetti protettivi in un ambiente a vuoto industriale, portando potenzialmente a un contatto metallico diretto tra anelli, sfere e il supporto.
Per ridurre questo rischio, i cuscinetti nelle camere UHV sono spesso rivestiti a secco con MoS2 o disolfuro di tungsteno (WS2). I grassi per vuoto specialistici possono anche prevenire questo problema. Per gestire efficacemente le preoccupazioni legate all’outgassing nelle applicazioni a vuoto, è necessario scegliere materiali appositamente progettati con proprietà a bassa emissione, insieme a una lubrificazione appropriata.
È necessaria una regolare manutenzione e monitoraggio del sistema a vuoto per affrontare prontamente i problemi legati all’outgassing. Per prestazioni ottimali, sono disponibili e ampiamente utilizzati in applicazioni come la produzione di semiconduttori e l’equipaggiamento spaziale profondo, grassi per vuoto specializzati a bassa volatilità e a bassa emissione.
