이러한 환경에서 광섬유 플랜지의 밀봉 재료(예: 금속 압착)에 대한 특별한 요구 사항은 무엇입니까?
초고진공(UHV, 일반적으로 압력이 10^{-7}\text{ Pa} 또는 10^{-9}\text{ mbar} 미만인 환경)에서 광섬유 플랜지(광섬유 통과 피팅이라고도 함)의 밀봉 재료 및 구조 설계는 매우 엄격한 물리적 및 화학적 과제에 직면해 있습니다. 기존의 엘라스토머 씰(예: Viton O-링)은 높은 가스 방출률, 강한 투과성 및 고온 베이킹에 대한 내성이 부족하다는 한계로 인해 일반적으로 초고진공 환경에서 사용할 수 없습니다.
UHV 환경의 경우 광섬유 플랜지의 밀봉 재료 및 설계는 다음과 같은 특별하고 엄격한 요구 사항을 충족해야 합니다.
1. 극도로 낮은 가스 방출률(Outgassing Rate) 및 재료 무기화
UHV 시스템에서는 극미량의 휘발성 물질조차 진공도를 신속하게 악화시킬 수 있습니다.
- 외부 금속 부품: 316L 스테인리스강, 고순도 무산소 구리(OFHC) 등 초저가스 방출률 금속 재료를 사용해야 합니다.
- 광섬유 고정 매체: 광섬유와 금속 슬리브의 접촉면(즉, 통과 피팅 내부)에는 일반 에폭시와 같은 유기 접착제를 절대 사용해서는 안 됩니다. UHV에서는 초저가스 방출률의 특수 무기 유리 분말을 사용하거나, 고순도 금속 솔더(예: 인듐, 금-주석 합금 등)로 금속화된 광섬유를 사용하여 솔더링 씰링해야 합니다.
2. 고온 베이킹 내성(Bakeability)
UHV 시스템은 진공 챔버 벽과 플랜지 표면에 흡착된 물 분자와 잔류 가스를 제거하기 위해 수십 시간 동안 고온 베이킹(일반적으로 150^\circ\text{C} ~ 250^\circ\text{C} 또는 그 이상)이 필요합니다.
- 밀봉 재료 및 구조는 여러 번의 고온 순환 후에도 기계적 이완, 크리프 또는 씰 성능 저하가 발생해서는 안 됩니다.
3. 금속 압축 씰링 및 소성 변형 메커니즘
플랜지 면과 챔버의 연결에는 UHV 시스템에서 일반적으로 CF(ConFlat) 표준 플랜지를 사용합니다.
- 압축 변형 원리: CF 플랜지의 강철 칼날(Knife-edge)이 볼트의 고압 압축 하에서 연질의 무산소 구리(OFHC) 금속 개스킷에 깊숙이 파고듭니다.
- 금속 간의 격렬한 소성 변형(