Mỡ tản nhiệt có mức thoát khí thấp là một hợp chất truyền nhiệt được pha chế và thử nghiệm nhằm hạn chế sự mất khối lượng do các chất bay hơi và sự tích tụ cặn ngưng tụ trong môi trường chân không. Việc lựa chọn loại mỡ này cần bắt đầu từ ứng dụng cụ thể, chứ không phải dựa vào chỉ số độ dẫn nhiệt. Trước tiên, cần xác định phạm vi áp suất, nhiệt độ vận hành và nhiệt độ nung khử, thời gian tiếp xúc, lượng vật liệu sử dụng, cũng như các bề mặt nhạy cảm với ô nhiễm ở khu vực lân cận.
Các kết quả theo tiêu chuẩn ASTM E595 về tổng lượng mất khối lượng (TML) và lượng chất bay hơi có thể ngưng tụ thu được (CVCM) là những bằng chứng sàng lọc hữu ích. Tuy nhiên, chúng không phải là tiêu chí đánh giá đầy đủ. Các giá trị sàng lọc thường được tham chiếu của NASA là không quá 1,0% TML và 0,10% CVCM có thể quá lỏng lẻo đối với thiết bị quang học, đầu dò nhiệt độ cực thấp hoặc hệ thống chân không cực cao. Ngoài ra, việc không chứa silicone không tự động đồng nghĩa với mức thoát khí thấp. Và mỡ bôi trơn niêm phong chân không thông thường không tự động là vật liệu giao diện nhiệt.
Quy tắc thực tiễn: Trước tiên, hãy xác định mức yêu cầu về chân không và mức ô nhiễm. Sau đó, tiến hành lựa chọn và thử nghiệm chất bôi trơn nhiệt (TIM). Đừng bắt đầu từ hệ số dẫn nhiệt (W/mK).
Chất bôi trơn nhiệt có độ thoát khí thấp là gì?
Giao diện giữa chất bôi trơn nhiệt và bề mặt trông như thế này:
nguồn nhiệt -> lớp mỡ mỏng tương thích với môi trường chân không -> bộ tản nhiệt hoặc tấm làm lạnh
Chất bôi trơn lấp đầy các khe hở siêu nhỏ giữa các bề mặt trông có vẻ nhẵn mịn và làm giảm điện trở tiếp xúc. Chất này không có tác dụng giữ các bộ phận lại với nhau hay lấp đầy khoảng trống cơ học lớn. Để có cái nhìn toàn diện hơn về chất bôi trơn, miếng đệm, gel, tấm thay đổi pha và chất kết dính, HAKTAK’s Hướng dẫn về vật liệu giao diện nhiệt giải thích sự khác biệt giữa các định dạng TIM chính.
“Khí thoát ra thấp” có nghĩa là vật liệu chỉ giải phóng một lượng khí hoặc hơi hạn chế trong các điều kiện thử nghiệm đã nêu. Những điều kiện đó rất quan trọng. Một hợp chất được thử nghiệm ở một nhiệt độ nhất định trong một ngày không tự động đảm bảo đủ tiêu chuẩn cho một nhiệm vụ kéo dài năm năm ở nhiệt độ khác.
Chân không cũng làm thay đổi bản chất của vấn đề tản nhiệt. Khi hiện tượng đối lưu giảm dần, nhiệt chủ yếu được truyền qua dẫn nhiệt và bức xạ. Lớp mỡ bôi trơn được cố định vẫn thực hiện vai trò dẫn nhiệt giữa các bộ phận rắn và có thể trở nên quan trọng hơn do số lượng đường dẫn tản nhiệt còn lại giảm đi.
Mỡ tản nhiệt không giống với mỡ chân không
Từ “grease” gây ra không ít rắc rối ở đây. Ba loại chất này có thể trông giống nhau trong lọ nhưng lại có chức năng khác nhau.
| Vật liệu | Công việc chính | Các đặc tính chính | Có thể hoán đổi cho nhau không? |
| Keo tản nhiệt | Truyền nhiệt qua một bề mặt tiếp giáp mỏng được kẹp chặt | Trở kháng nhiệt, hiện tượng thấm ướt, lớp liên kết, độ ổn định | Không |
| Mỡ bôi trơn đóng gói chân không | Bôi trơn hoặc bịt kín các mối nối chân không | Áp suất hơi, khả năng bịt kín, tính tương thích hóa học | Chỉ khi nào dữ liệu nhiệt cũng ủng hộ việc sử dụng |
| Chất bôi trơn cho cơ chế chân không | Giảm ma sát ở các bộ phận chuyển động | Mài mòn, mô-men xoắn, áp suất hơi, nhiệt độ | Không |
Chất bôi trơn chân không có thể có các thông số áp suất hơi rất tốt nhưng hiệu suất tản nhiệt lại kém. Trong khi đó, chất bôi trơn cho CPU có thể dẫn nhiệt tốt nhưng lại tạo ra một lớp màng phân tử không thể chấp nhận được. Cùng một kết cấu, nhưng chức năng khác nhau. Đại khái là vậy.
Tại sao keo tản nhiệt thông thường có thể gây ô nhiễm hệ thống chân không
Mỡ tản nhiệt thường chứa chất lỏng mang, chất làm đặc, chất độn dẫn điện và một lượng nhỏ các chất phụ gia chế biến. Dưới tác động của nhiệt và áp suất thấp, hơi ẩm và các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp có thể thoát ra khỏi vật liệu. Lời giải thích của HAKTAK về Hành vi của mỡ tản nhiệt trong môi trường chân không như thế nào trình bày chi tiết hơn về hiện tượng bay hơi và sự di chuyển của siloxan.
Các phân tử được giải phóng sẽ di chuyển cho đến khi va chạm vào một bề mặt, đi vào một máy bơm hoặc rời khỏi hệ thống. Một bề mặt lạnh hơn có thể hoạt động như một tấm thu gom. Hãy tưởng tượng mùi nước hoa lan tỏa mà hầu như không có không khí để hòa trộn. Một thấu kính hoặc bộ dò lạnh có thể trở thành nơi các phân tử lắng đọng.
Các lớp lắng đọng có thể làm giảm độ truyền qua quang học, thay đổi độ phản xạ, làm tăng điện trở tiếp xúc, làm thay đổi tính chất của bộ tản nhiệt hoặc gây ra nhiễu nền trong phân tích. Chúng cũng có thể làm chậm quá trình bơm chân không và làm tăng lượng khí dư.
Chất bôi trơn bản thân nó cũng có thể thay đổi. Sự mất chất mang có thể làm tăng độ nhớt, để lại cặn chứa nhiều chất độn hoặc gây ra các vết nứt. Dầu rò rỉ có thể làm ô nhiễm các bề mặt lân cận. Quá trình thay đổi nhiệt độ lặp đi lặp lại có thể đẩy vật liệu ra khỏi khu vực hoạt động. Kết quả là trở kháng nhiệt có thể tăng lên ngay cả khi buồng vẫn đạt được mức áp suất mục tiêu.
Nguy cơ nhiễm bẩn không chỉ phụ thuộc vào mức độ chân không. Nhiệt độ, các chất được giải phóng, lượng vật liệu, diện tích mép tiếp xúc, độ dẫn điện, đường nhìn, bề mặt lạnh và độ dày lớp màng cho phép đều là những yếu tố quan trọng. Một thiết bị sản xuất ở mức chân không thô không có hệ thống quang học sẽ không gặp phải vấn đề tương tự như một bộ cảm biến kính viễn vọng nhiệt độ cực thấp.
Giải thích về dữ liệu TML và CVCM theo tiêu chuẩn ASTM E595
ASTM E595-15 (2021) là phương pháp kiểm tra được biết đến nhiều nhất để xác định lượng chất mất đi và lượng chất ngưng tụ từ các mẫu thử được đặt trong môi trường chân không. Các kỹ sư thường thấy ba giá trị trong báo cáo thử nghiệm: TML, CVCM và WVR.
Tổng lượng mất khối lượng đo lường lượng phát thải tổng thể
TML là tỷ lệ phần trăm khối lượng mẫu ban đầu bị mất đi trong quá trình phơi nhiễm. Chỉ số này có thể bao gồm nước và các chất dễ bay hơi khác. Ngay cả khi chỉ số TML ở mức vừa phải, mẫu vẫn có thể chứa các chất hóa học gây hại cho thấu kính, chất xúc tác, bề mặt tiếp xúc hoặc buồng xử lý. Tổng trọng lượng của hành lý không cho biết bên trong vali có gì.
CVCM đo lường vật liệu được thu thập trên bề mặt lạnh
CVCM là tỷ lệ phần trăm khối lượng mẫu ban đầu ngưng tụ trên bề mặt thu gom ở một nhiệt độ nhất định. Chỉ số này có ý nghĩa quan trọng đối với các thấu kính, gương, bộ dò, pin mặt trời, tấm chắn lạnh và các bề mặt thu gom hơi khác.
Kết quả sàng lọc của CVCM vẫn chỉ mang tính so sánh. Lượng lắng đọng thực tế phụ thuộc vào hệ số quan sát, khoảng cách, nhiệt độ, hệ số bám dính, hình học buồng và khả năng bơm. Một bộ thu mẫu thử nghiệm không phải là mô hình hoàn chỉnh của tàu vũ trụ.
WVR và RML bổ sung bối cảnh
Khí nước thu hồi (WVR) là khối lượng mà mẫu thử thu hồi được sau khi tiếp xúc với điều kiện độ ẩm được kiểm soát. Một số chương trình cũng xem xét mức mất khối lượng thu hồi, thường được thể hiện bằng cách tính đến lượng nước thu hồi. Các giá trị này giúp phân biệt tác động của độ ẩm với các dạng mất mát dễ bay hơi khác, nhưng chúng không xác định được thành phần hóa học đã được giải phóng.
Các thông số 1.0% TML và 0.10% CVCM có đủ tốt không?
Các bộ dữ liệu tổng hợp về mức thoát khí thấp lịch sử của NASA đã sử dụng các giá trị tối đa là 1,0% TML và 0,10% CVCM. Đây là những tiêu chí sàng lọc ban đầu hợp lý, chứ không phải là các giới hạn chấp thuận chung. Một thiết bị nhạy cảm với ô nhiễm có thể đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt hơn về CVCM hoặc các yêu cầu cụ thể cho từng chất. Một thành phần nóng cũng có thể cần dữ liệu động học vì tốc độ giải phóng thay đổi theo nhiệt độ.
Hãy đọc toàn bộ báo cáo, đừng chỉ chú ý đến từ “đạt” thôi.”
| Thành phần dữ liệu | Nên yêu cầu những gì | Cờ đỏ |
| Thông tin sản phẩm | Loại chính xác, phiên bản sửa đổi và lô hàng | Yêu cầu bảo hộ chung cho họ sản phẩm |
| Phương pháp thử nghiệm | Tiêu chuẩn và bản sửa đổi | “Đã kiểm tra chân không” mà không nêu phương pháp |
| Trạng thái mẫu | Dạng nguyên liệu, đã trộn, đã đóng rắn hoặc đã nướng | Điều kiện không xác định |
| Kết quả | TML số, CVCM và WVR (nếu có) | Đạt/không đạt mà không có điểm số |
| Mức độ phơi nhiễm | Thời gian, nhiệt độ, áp suất, nhiệt độ bộ thu nhiệt | Các điều kiện còn thiếu |
| Nguồn bài kiểm tra | Phòng thí nghiệm nội bộ, phòng thí nghiệm được công nhận hoặc phòng thí nghiệm độc lập | Tóm tắt phim “Untraceable” |
Cách sử dụng các bản ghi quá trình thoát khí của NASA và ECSS
The Cơ sở dữ liệu về quá trình thoát khí của Trung tâm Không gian Goddard (GSFC) thuộc NASA Điều này rất có giá trị vì nó chứa các hồ sơ vật liệu được lập theo một phương pháp được công nhận. Hãy tra cứu chính xác mã định danh của nhà sản xuất và kiểm tra hồ sơ thử nghiệm. Một tên gọi tương tự, công thức cũ hoặc nhóm vật liệu chung chung không phải là bằng chứng xác nhận cho ống tiêm trên bàn làm việc của bạn.
Việc đưa vào cơ sở dữ liệu cũng không có nghĩa là “đã được NASA phê duyệt”. Điều đó chỉ có nghĩa là dữ liệu đó tồn tại. Nhóm vật liệu của dự án vẫn là bên quyết định liệu vật liệu cụ thể, quy trình, số lượng và địa điểm có được chấp nhận hay không. Hãy lưu giữ báo cáo, mã lô, phiên bản của nhà cung cấp và bất kỳ hướng dẫn xử lý sơ bộ nào trong hồ sơ chứng nhận.
ECSS-Q-ST-70-02C tiêu chuẩn này quy định một khung tiêu chuẩn sàng lọc vật liệu vũ trụ của châu Âu, bao gồm thiết bị, chuẩn bị mẫu, các thông số thử nghiệm, báo cáo và tiêu chuẩn chấp nhận. Tiêu chuẩn này thừa nhận rõ ràng rằng tùy theo ứng dụng và địa điểm cụ thể, có thể cần áp dụng các tiêu chí nghiêm ngặt hơn. Đó là một điểm quan trọng: tiêu chuẩn này cung cấp một thước đo chung, trong khi dự án mới là yếu tố quyết định tiêu chuẩn thực tế.
Việc sàng lọc tĩnh có thể không đủ đối với các nhiệm vụ dài ngày, nhiệt độ vận hành cao, yêu cầu bơm chân không nhanh hoặc môi trường chân không cực cao (UHV). Quá trình thoát khí động học, phân tích khí dư hoặc thử nghiệm theo từng loại khí cụ thể có thể cho thấy tốc độ thoát khí thay đổi như thế nào theo thời gian. Một con số duy nhất thu được trong 24 giờ không thể phản ánh hết mọi độ dốc của đường cong.
Mỡ tản nhiệt silicon, không chứa silicon và PFPE
Mỡ tản nhiệt silicon có thể có mức thoát khí thấp không?
Đúng vậy. Các hợp chất silicone không tự động bị loại trừ. Dầu silicone tiêu chuẩn có thể chứa các siloxan có trọng lượng phân tử thấp, có khả năng di chuyển và ngưng tụ, nhưng các công thức đã được tinh chế, có trọng lượng phân tử cao hoặc được xử lý đặc biệt có thể cho thấy mức độ giải phóng thấp hơn nhiều. Dữ liệu cụ thể của từng sản phẩm sẽ là yếu tố quyết định.
Các chất mang silicone vẫn rất được ưa chuộng vì chúng có thể mang lại độ ổn định nhiệt độ rộng, khả năng cách điện tốt, khả năng chống oxy hóa và tính lưu biến phù hợp. Trong các ứng dụng liên quan đến quang học, rơle, quy trình phủ hoặc bề mặt liên kết, hàm lượng siloxan cho phép vẫn có thể cực kỳ thấp.
Không chứa silicone không đảm bảo máy hút bụi sạch
Các chất mang không chứa silicone có thể giải phóng hydrocacbon, este, độ ẩm, chất làm dẻo hoặc các chất phụ gia trong quá trình chế biến. Cụm từ “không chứa silicone” chỉ giải đáp một vấn đề về hóa học. Nó không giải đáp các thông số như TML, CVCM, áp suất hơi hay bản chất của các chất.
Sự phân biệt này rất quan trọng trong lĩnh vực mua sắm. Đừng thay thế một yêu cầu đã được đo lường bằng một nhãn mác. Hãy yêu cầu các giá trị thử nghiệm chính xác và trạng thái điều kiện.
Các vật liệu dựa trên PFPE cũng cần dữ liệu nhiệt
Các chất lỏng perfluoropolyether (PFPE) được sử dụng trong một số loại chất bôi trơn chân không vì một số loại cụ thể có thể mang lại áp suất hơi thấp và tính ổn định hóa học. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là mọi loại mỡ PFPE đều phù hợp làm chất dẫn nhiệt (TIM). Các yếu tố như chất làm đặc, phụ gia, chất độn, độ nhớt, đường nối, khả năng thấm ướt, dải nhiệt độ và tính chất điện vẫn đóng vai trò quan trọng.
Chất độn ảnh hưởng đến các thông số khác ngoài W/mK
Các chất độn phổ biến bao gồm nhôm oxit, kẽm oxit, nitrua bo, nitrua nhôm, bạc và các vật liệu carbon. Chúng ảnh hưởng đến độ dẫn điện, tính chất điện, mật độ, độ nhớt, độ tinh khiết của hạt và khả năng gia công. Các hợp chất chứa chất độn kim loại có thể dẫn điện. Mỡ bôi trơn chứa chất độn gốm có thể có tính cách điện, nhưng tính chất này phải được đo tại đường nối thực tế và theo yêu cầu về điện áp.
Đối với tàu vũ trụ hoặc thiết bị khoa học, nhóm vật liệu cũng có thể xem xét các vấn đề liên quan đến bức xạ, từ trường, kích hoạt hoặc nhiệt độ siêu lạnh. Không có loại vật liệu độn nào được coi là tốt nhất cho mọi trường hợp.
Hiệu suất nhiệt của mỡ bôi trơn tương thích với môi trường chân không
Mức thoát khí thấp sẽ không có tác dụng nếu thiết bị bị quá nhiệt. Chất lượng bề mặt tiếp xúc sau khi hoàn thiện phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt, độ dày lớp liên kết, áp lực tiếp xúc, độ nhám, các khoảng trống và độ ổn định lâu dài. Để có được một lớp phủ đồng nhất lý tưởng:
Rbulk = BLT / (k × A)
Ở đây, BLT là độ dày của đường liên kết, k là độ dẫn điện, và A là diện tích. Các cụm lắp ráp thực tế tạo ra điện trở tiếp xúc tại cả hai bề mặt. Đó là lý do tại sao điện trở nhiệt khi lắp đặt có thể hữu ích hơn so với giá trị W/mK được nêu trên tiêu đề. Hướng dẫn của HAKTAK về Lựa chọn và kiểm tra độ dẫn nhiệt của mỡ tản nhiệt giải thích khía cạnh đo lường của sự đánh đổi này.
Hãy sử dụng đường nối dính hoàn chỉnh mỏng nhất mà dải dung sai cho phép. Áp lực kẹp ổn định và đồng đều giúp làm ướt bề mặt và duy trì sự tiếp xúc. Lực kẹp quá mạnh có thể làm mỡ bị ép ra ngoài, làm biến dạng tấm kim loại hoặc gây hư hỏng cho thiết bị dễ vỡ.
Mỡ bôi trơn dùng cho các bề mặt gần như tiếp xúc với nhau. Nếu cụm lắp ráp có khe hở có thể nhìn thấy hoặc thay đổi, hãy kiểm tra lại Keo tản nhiệt so với chất tản nhiệt dạng kem thay vì ép dầu mỡ thành một lớp dày. Bất kỳ vật liệu thay thế nào cũng vẫn cần có dữ liệu chân không riêng của nó.
Cách chọn mỡ tản nhiệt tương thích với máy hút chân không
1. Định nghĩa môi trường chân không
Ghi lại phạm vi áp suất vận hành và bảo quản, loại bơm, tải khí cho phép, chu kỳ làm việc, thời gian thực hiện nhiệm vụ và mục tiêu độ chân không. Các thuật ngữ như chân không thô, chân không cao và UHV có thể có sự khác biệt nhỏ tùy theo ngành công nghiệp, do đó cần nêu rõ phạm vi áp suất bằng số trong bản đặc điểm kỹ thuật.
2. Xác định các bề mặt nóng và lạnh
Liệt kê nhiệt độ bình thường và nhiệt độ cao nhất của chất bôi trơn, nhiệt độ nung khô theo kế hoạch, các tấm làm lạnh, các bề mặt ở nhiệt độ siêu lạnh, cũng như bất kỳ đường nhìn trực tiếp nào tới các bộ phận quang học hoặc bộ cảm biến. Tốc độ thoát khí thường tăng theo nhiệt độ, trong khi các bề mặt lạnh hơn có thể tích tụ nhiều chất có khả năng ngưng tụ hơn.
3. Xác định mức độ ô nhiễm cho phép
Xác định các giới hạn TML và CVCM, các loại phân tử bị cấm, mức thay đổi độ truyền qua hoặc độ phản xạ quang học cho phép, các giới hạn đối với mẫu đối chứng, và các yêu cầu về áp suất cơ bản. Một vỏ bảo vệ thiết bị điện tử thông thường có thể chỉ cần một lớp chắn đơn giản. Trong khi đó, một bộ dò chính xác có thể cần phải đáp ứng các tiêu chuẩn QCM, RGA hoặc các tiêu chuẩn chấp nhận dành riêng cho từng loại phân tử.
4. Xác định giao diện nhiệt và điện
Hãy chỉ định tải nhiệt, diện tích tiếp xúc, đường nối, độ phẳng, áp lực kẹp, giá trị trở kháng nhiệt mục tiêu, cách điện, vật liệu bề mặt và các yêu cầu về sửa chữa. Giá trị W/mK cao kết hợp với đường nối dày và không ổn định không phải là giải pháp tối ưu.
5. Yêu cầu cung cấp bằng chứng có thể truy xuất nguồn gốc từ nhà cung cấp
Hãy yêu cầu cung cấp thông tin chi tiết về cấp độ và phiên bản cụ thể, báo cáo thử nghiệm, TDS, SDS, khả năng truy xuất nguồn gốc lô hàng, thời hạn sử dụng, điều kiện bảo quản, quy trình ứng dụng, giới hạn nung khô, dữ liệu nhiệt và chính sách thông báo thay đổi. Nghe có vẻ cầu kỳ. Nhưng trong lĩnh vực công nghệ chân không, điều đó không phải là vấn đề.
6. Kiểm tra tính chính xác của toàn bộ cụm lắp ráp
Số lượng vật liệu, cạnh tiếp xúc, thể tích vỏ bọc, độ dẫn điện, độ sạch của linh kiện và hệ số quan sát có thể ảnh hưởng đến kết quả. Hãy tiến hành thử nghiệm trên giá đỡ thực tế hoặc một mẫu thử đại diện. Quy trình ứng dụng cũng cần được kiểm soát; HAKTAK’s Hướng dẫn sử dụng mỡ tản nhiệt trình bày các nguyên tắc chung về làm sạch và lắp đặt.
Các ứng dụng của mỡ tản nhiệt có độ thoát khí thấp
Tàu vũ trụ, vệ tinh và thiết bị điện tử hàng không
Thiết bị vũ trụ có thể phải chịu các chu kỳ nhiệt-chân không, bức xạ, thời gian hoạt động kéo dài và không thể tiến hành sửa chữa lại trên thực tế. Chất bôi trơn gần các bộ tản nhiệt, cảm biến, camera hoặc các tấm pin mặt trời cần phải được kiểm tra về mức độ nhiễm bẩn đồng thời đảm bảo tiếp xúc nhiệt ổn định.
Quang học, laser, máy ảnh và bộ cảm biến
Một lớp màng phân tử vô hình vẫn có thể làm thay đổi độ truyền qua, độ phản xạ, độ tán xạ hoặc phản ứng của bộ cảm biến. Các bộ cảm biến lạnh là những bề mặt thu nhận đặc biệt hiệu quả.
Các thiết bị chân không dùng trong ngành bán dẫn
Trong lĩnh vực thiết bị sản xuất wafer và quy trình, các yếu tố quan trọng bao gồm thời gian bơm chân không, nồng độ hydrocarbon nền, độ sạch và tính lặp lại của quy trình bảo trì. Một lượng TIM nhỏ cũng có thể gây ra chi phí lớn nếu làm tăng thời gian điều hòa buồng chân không.
Kính hiển vi điện tử, máy quang phổ khối và máy gia tốc
Hệ thống UHV và hệ thống phân tích có thể phát hiện dầu mỡ thông qua các đỉnh RGA hoặc ô nhiễm nền. Việc sử dụng các tiếp điểm rắn, indi hoặc thiết kế lại đường dẫn nhiệt có thể giúp việc xử lý trở nên dễ dàng hơn.
Thiết bị siêu lạnh, y tế và khoa học
Các hệ thống nhiệt độ cực thấp gây ra hiện tượng co ngót khác biệt và thay đổi độ nhớt. Các thiết bị phân tích hoặc y tế được niêm phong có thể bao gồm các bộ phận quang học, bộ dò và các điểm tiếp xúc. Tiêu chuẩn ASTM E595 hỗ trợ việc lựa chọn nhưng không quy định sự tuân thủ các tiêu chuẩn y tế hay đảm bảo an toàn toàn diện cho hệ thống.
Các vấn đề thường gặp liên quan đến chất dẫn nhiệt (TIM) trong môi trường chân không và các giải pháp
| Vấn đề | Cơ chế có khả năng xảy ra | Kiểm tra hữu ích | Giải pháp khả thi |
| Quá trình hút chân không chậm | Hàm lượng ẩm hoặc hàm lượng chất bay hơi | Chạy thử không tải và RGA | Làm sạch, xử lý sơ bộ, nung hoặc thay đổi vật liệu |
| Độ mờ quang học | Màng phân tử có thể ngưng tụ | Phiếu chứng nhận hoặc QCM | Giảm CVCM; cải thiện khả năng che chắn hoặc vị trí lắp đặt |
| Nhiệt độ thiết bị tăng cao | Thay đổi phạm vi bảo hiểm hoặc tài sản | Thử nghiệm nhiệt trước và sau khi thực hiện TVAC | Cải thiện đường nối, giá đỡ hoặc công thức |
| Dầu mỡ ở mép | Xả nước hoặc xả khí | Tháo rời và kiểm tra khối lượng | Điều chỉnh tính lưu biến, áp suất hoặc định dạng TIM |
| Các đỉnh RGA bất ngờ | Dầu mỡ, chất tẩy rửa hoặc phụ gia chế biến | So sánh phổ mẫu và phổ trắng | Xác định nguồn gốc và tăng cường kiểm soát quy trình |
| Sự biến động của lô hàng | Thay đổi công thức hoặc quy trình | Các báo cáo mới nhận được và lời khai của nhân chứng | Yêu cầu khả năng truy xuất nguồn gốc và thông báo về các thay đổi |
Thử nghiệm chất bôi trơn nhiệt có mức thoát khí thấp ngoài phạm vi thông số kỹ thuật
Bắt đầu bằng việc sàng lọc theo tiêu chuẩn ASTM E595 hoặc ECSS ở cấp độ vật liệu, sử dụng trạng thái mẫu dự kiến. Nếu mỡ bôi trơn được cung cấp sẽ được nung chân không trước khi lắp ráp, hãy kiểm tra cả trạng thái quy trình đó. Sử dụng nhiều hơn một mẫu thử khi có sự biến động đáng kể và đảm bảo duy trì tính nhận diện lô hàng.
Khi thành phần phân tử là yếu tố quan trọng, phương pháp RGA có thể chỉ ra các dấu hiệu áp suất riêng phần trong hệ thống chân không. Phương pháp GC-MS hoặc GC-MS nhiệt độ cực thấp có thể giúp xác định các hợp chất được giải phóng từ mẫu. Các kết quả này cần được xem xét trong bối cảnh cụ thể. Hình dạng buồng, nhiệt độ, lượng mẫu và độ dẫn khí đều ảnh hưởng đến mức độ rủi ro thực tế, do đó cần có sự tham gia của chuyên gia về vật liệu hoặc kiểm soát ô nhiễm.
Tiếp theo, tiến hành chu trình nhiệt-chân không trên một bề mặt tiếp xúc đại diện. Ghi lại các thông số ban đầu bao gồm đường nối, áp suất lắp đặt, công suất thiết bị, nhiệt độ bộ tản nhiệt, trở kháng nhiệt, áp suất buồng và phổ nền. Sau khi phơi sáng, lặp lại phép đo nhiệt và kiểm tra xem có hiện tượng rò rỉ, hiện tượng hút chân không, nứt, lỗ rỗng hoặc mất độ phủ hay không.
Khi độ bám dính là yếu tố quan trọng, hãy sử dụng các mẫu thử hoặc cân vi tinh thể thạch anh tại các vị trí then chốt. Mẫu thử có thể được phân tích về khối lượng, độ truyền sáng, độ phản xạ hoặc thành phần hóa học. Hãy đặt mẫu thử tại vị trí mà bề mặt nhạy cảm thực sự tiếp xúc với vật liệu, chứ không phải ở một góc thuận tiện nào đó có hệ số quan sát khác.
Quá trình nung khô có thể làm giảm lượng chất bay hơi ban đầu, nhưng cần phải kiểm tra lại. So sánh các thông số về quá trình bơm chân không, phân tích khí dư (RGA), khối lượng và hiệu suất nhiệt trước và sau chu trình đề xuất. Một quá trình nung khô làm sạch buồng nhưng khiến mỡ khô cứng và mất khả năng dẫn nhiệt thì không được coi là thành công.
Xác định các tiêu chí đỗ/trượt trước khi tiến hành kiểm tra. Các giới hạn hữu ích bao gồm:
- TML và CVCM phù hợp với các yêu cầu của dự án;
- không có loài bị cấm nào vượt quá ngưỡng quy định;
- Đã đạt được các mục tiêu về quá trình bơm xả và áp suất cơ bản;
- bản khai của nhân chứng dưới ngưỡng ô nhiễm;
- sự thay đổi điện trở nhiệt nằm trong giới hạn thiết kế;
- không có hiện tượng rò rỉ nghiêm trọng, rò rỉ do bơm, nứt vỡ hoặc nhiễm bẩn điện;
- kết quả ổn định giữa các lô và các lô sản phẩm.
Khi chất bôi trơn dạng chân không (TIM) khác lại tốt hơn mỡ bôi trơn
Mỡ bôi trơn vẫn là lựa chọn hấp dẫn vì nó có khả năng bám dính tốt, tạo ra một lớp màng mỏng và thuận lợi cho việc sửa chữa. Trong các ứng dụng UHV, yêu cầu độ nhạy quang học cao hoặc các cụm lắp ráp cố định, có thể nên ưu tiên sử dụng dạng khác.
| Tùy chọn TIM | Lợi thế tiềm năng của chân không | Sự đánh đổi chính |
| Mỡ bôi trơn đạt tiêu chuẩn có mức thoát khí thấp | Điểm tiếp xúc mỏng, ôm sát bề mặt, có thể sửa chữa lại | Rủi ro liên quan đến việc thả động vật mang mầm bệnh và sự di cư |
| Chất dẫn nhiệt thay đổi pha (TIM) | Việc bố trí có kiểm soát và quy trình xử lý sạch sẽ hơn | Việc kích hoạt, áp suất và quá trình thoát khí vẫn cần được xác nhận |
| Tấm than chì | Không có chất dẫn truyền dầu mỡ; phân tán nhiệt hiệu quả | Độ dẫn điện và các giới hạn xuyên mặt phẳng |
| Tấm lá indi | Chất liệu tiếp xúc bằng kim loại mềm với hiện tượng thoát khí phân tử cực thấp | Các vấn đề liên quan đến chi phí, hiện tượng trượt, áp suất, ăn mòn điện hóa và việc xử lý |
| Keo nhiệt có mức thoát khí thấp | Liên kết cơ học và đường dẫn nhiệt | Khắc phục căng thẳng, lắp ráp vĩnh viễn, sửa chữa phức tạp |
| Dây đai nhiệt cơ khí | Dẫn nhiệt dọc theo một đường dẫn rắn đã được thiết kế sẵn | Không gian, khối lượng, các tiếp xúc bổ sung và độ phức tạp |
A miếng tản nhiệt thay đổi pha có thể mang lại quá trình lắp đặt sạch hơn, nhưng vật liệu mang, lớp lót và hành vi kích hoạt của nó vẫn cần phải trải qua quá trình kiểm định trong môi trường chân không. Cuộc đánh giá toàn diện hơn của HAKTAK về các sản phẩm thay thế cho keo tản nhiệt giúp so sánh than chì, miếng đệm, PCM và các phương án khác trước khi tiến hành thử nghiệm dành riêng cho từng ứng dụng.
Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật của mỡ tản nhiệt chân không
- Phạm vi áp suất hệ thống, loại bơm, thời gian hoạt động và mục tiêu bơm chân không.
- Xác định nhiệt độ vận hành, bảo quản và nung khử.
- Lập bản đồ các bề mặt nhạy cảm với nhiệt độ thấp, ánh sáng, điện và đường ngắm.
- Đặt các giá trị giới hạn cho TML, CVCM, loài và lượng lắng đọng.
- Yêu cầu cung cấp dữ liệu về sản phẩm, phiên bản, lô và trạng thái quy trình cụ thể.
- Hãy chỉ định lượng mỡ bôi trơn, mép lộ ra, đường nối và áp lực kẹp.
- Xác định các yêu cầu về trở kháng nhiệt và điện.
- Kiểm tra tính tương thích của chất nền, lớp phủ, bức xạ và môi trường nhiệt độ cực thấp khi cần thiết.
- Kiểm tra độ ổn định trong các điều kiện xả khí thử nghiệm, bơm xả, chu kỳ hoạt động và nung khô.
- Xác định tính phù hợp của mẫu đại diện theo TVAC với các giới hạn chấp nhận đã được xác định.
Kết luận
Mức thoát khí thấp là một đặc tính được đo lường, chứ không phải là một thông tin tóm tắt in trên nhãn. Giá trị TML bằng hoặc nhỏ hơn 1.0% và CVCM bằng hoặc nhỏ hơn 0.10% là các tiêu chí sàng lọc hữu ích, nhưng chúng không tự động chứng nhận rằng loại mỡ bôi trơn đó phù hợp cho các ứng dụng UHV, quang học, máy dò nhiệt độ cực thấp, thiết bị bán dẫn hoặc tàu vũ trụ.
Hãy bắt đầu từ các yếu tố môi trường và mức độ ô nhiễm cho phép. Sau đó, cần xem xét kỹ lưỡng các thông số kỹ thuật cụ thể của vật liệu, điện trở nhiệt, lớp liên kết, áp suất, tính chất điện, quy trình gia công và khả năng truy xuất nguồn gốc. Việc sử dụng vật liệu không chứa silicone có thể giúp giải quyết một vấn đề liên quan đến ô nhiễm, nhưng không thể thay thế cho việc thử nghiệm. Điều này cũng áp dụng tương tự đối với PFPE, PCM, than chì và indi.
Cuối cùng, tiến hành kiểm tra toàn bộ hệ thống trong các điều kiện chân không và nhiệt độ điển hình. Đo lường cả mức độ ô nhiễm lẫn quá trình truyền nhiệt. Đó là cách duy nhất hợp lý để xác định liệu loại mỡ có độ thoát khí thấp có thực sự mang lại rủi ro thấp trong hệ thống hoàn thiện hay không.
Câu hỏi thường gặp
Chất bôi trơn nhiệt có độ thoát khí thấp là gì?
Đây là một loại hợp chất dẫn nhiệt được thiết kế và thử nghiệm để chỉ giải phóng một lượng hạn chế các chất dễ bay hơi và có thể ngưng tụ trong các điều kiện chân không đã quy định. Sản phẩm này cũng phải duy trì được độ tiếp xúc nhiệt, độ ổn định cơ học và tính chất điện ở mức chấp nhận được trong cụm lắp ráp dự kiến.
Các giá trị TML và CVCM nào được coi là mức thoát khí thấp?
Các giá trị sàng lọc thường được tham chiếu của NASA là không quá 1,0% TML và 0,10% CVCM. Đây là những điểm khởi đầu. Các ứng dụng quang học, nhiệt độ cực thấp, chân không cực cao (UHV) và các ứng dụng đặc thù của từng nhiệm vụ có thể đặt ra các giới hạn nghiêm ngặt hơn hoặc các biện pháp kiểm soát cụ thể đối với từng loại chất.
Tiêu chuẩn ASTM E595 có đủ để chứng nhận mỡ tản nhiệt phù hợp với môi trường chân không không?
Không. Tiêu chuẩn ASTM E595 là phương pháp sàng lọc vật liệu. Việc đánh giá đủ điều kiện cuối cùng có thể còn yêu cầu thử nghiệm trở kháng nhiệt, phân tích RGA hoặc phân tích hóa học, mẫu chứng kiến, xác minh quá trình nung khử và chu kỳ nhiệt-chân không ở cấp độ lắp ráp.
Mỡ tản nhiệt silicon có an toàn khi sử dụng trong môi trường chân không không?
Một số loại mỡ silicone có công thức đặc biệt có thể phù hợp nếu được hỗ trợ bởi dữ liệu liên quan về quá trình thoát khí và ứng dụng. Không nên cho rằng một loại keo tản nhiệt CPU silicone thông thường là tương thích với môi trường chân không, vì các siloxan có trọng lượng phân tử thấp có thể di chuyển và ngưng tụ.
Mỡ tản nhiệt không chứa silicone có tự động có độ thoát khí thấp không?
Không. Các chất mang và phụ gia không chứa silicone cũng có thể giải phóng hydrocacbon dễ bay hơi, este, hơi ẩm hoặc các hợp chất khác. Nên sử dụng kết quả thử nghiệm định lượng cho công thức cụ thể thay vì chỉ dựa vào nhãn “không chứa silicone”.
Mỡ bôi trơn chân không có giống với mỡ tản nhiệt không?
Không. Mỡ chân không thường được thiết kế để làm kín hoặc bôi trơn. Mỡ tản nhiệt được thiết kế để giảm điện trở tiếp xúc nhiệt. Chỉ nên sử dụng một loại vật liệu cho cả hai chức năng này khi các thông số kỹ thuật của nó đáp ứng được cả hai yêu cầu.
Chất tản nhiệt có bay hơi trong môi trường chân không không?
Thông thường, nó không biến mất ngay lập tức. Các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, độ ẩm và các chất phụ gia có thể dần dần thoát ra ngoài qua quá trình thoát khí và bay hơi. Dầu mỡ còn lại có thể thay đổi độ nhớt hoặc mất đi tính năng cách nhiệt.
Làm thế nào để chọn chất bôi trơn tản nhiệt cho các bộ phận quang học hoặc bộ cảm biến?
Ưu tiên các yếu tố sau: CVCM, các chất phân tử, sự lắng đọng trên bề mặt lạnh, hình học đường ngắm và thử nghiệm có nhân chứng. Xác định các giới hạn ô nhiễm cụ thể cho từng dự án, sau đó kiểm tra hiệu suất quang học hoặc hiệu suất của bộ dò sau khi thực hiện phơi nhiễm TVAC đại diện.
Quá trình nung chân không có thể làm giảm hiện tượng thoát khí của mỡ tản nhiệt không?
Quá trình này có thể làm giảm một phần lượng chất bay hơi, miễn là nhiệt độ và thời gian duy trì trong giới hạn cho phép của vật liệu và thiết bị. Sau đó, cần kiểm tra lại hiện tượng thoát khí và hiệu suất nhiệt, vì quá trình nung khử có thể làm thay đổi độ nhớt, hiện tượng rò rỉ hoặc tình trạng giao diện.
Có thể dùng gì để thay thế mỡ tản nhiệt trong các ứng dụng UHV?
Các phương án khả thi bao gồm lá indi, lớp tiếp xúc bằng than chì, vật liệu thay đổi pha đã được chứng nhận, chất kết dính nhiệt có độ thoát khí thấp và các đường dẫn dẫn nhiệt rắn được thiết kế lại. Lựa chọn tối ưu phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, lực tiếp xúc, yêu cầu về điện, độ sạch và nhu cầu sửa chữa.
