经涂覆的O型圈制造技术

本发明专利技术涉及用于形成密封的经涂覆的O型圈(200)，该O型圈的核(201)包括聚合物和/或合成橡胶，其特征在于涂层(202a)包括无机涂层（更特别地诸如Al2O3,SiO2,或TiO的金属氧化物），所述无机涂层具有10nm和1μm之间，更特别地，20nm和100nm之间，最特别地，20nm和50nm之间的厚度，导致O型圈表现出比未涂覆O型圈更低的渗透性，并且其中当O型圈的局部曲率在任何方向上改变20%时，涂层表现出很少的裂缝或无裂缝。涂层优选地通过原子层沉积施加，并且还可使用其他例如(PE)CVD、电子束蒸发和反应蒸发的沉积技术。优选的实施例包括带有Al2O3涂层（202a）的O型圈，其自身由SiO2层（202b）覆盖，所述层保护Al2O3层免受腐蚀并且填补在ALD沉积后存留在Al2O3涂层中的孔。进一步的弹性体层（203）可覆盖该一个或更多涂覆层（202a,202b)，以用于进一步的机械和/或化学保护。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及用于形成密封的经涂覆的O型圈(200)，该O型圈的核(201)包括聚合物和/或合成橡胶，其特征在于涂层(202a)包括无机涂层（更特别地诸如Al2O3,SiO2,或TiO的金属氧化物），所述无机涂层具有10nm和1μm之间，更特别地，20nm和100nm之间，最特别地，20nm和50nm之间的厚度，导致O型圈表现出比未涂覆O型圈更低的渗透性，并且其中当O型圈的局部曲率在任何方向上改变20%时，涂层表现出很少的裂缝或无裂缝。涂层优选地通过原子层沉积施加，并且还可使用其他例如(PE)CVD、电子束蒸发和反应蒸发的沉积技术。优选的实施例包括带有Al2O3涂层（202a）的O型圈，其自身由SiO2层（202b）覆盖，所述层保护Al2O3层免受腐蚀并且填补在ALD沉积后存留在Al2O3涂层中的孔。进一步的弹性体层（203）可覆盖该一个或更多涂覆层（202a,202b)，以用于进一步的机械和/或化学保护。【专利说明】经涂覆的O型圈
本专利技术涉及用于形成密封的经涂覆的O型圈，该O型圈的核包括聚合物和/或合成橡胶。
技术介绍
经涂覆的O型圈，也称为封装O型圈，是众所周知的，例如，带有FEP或PFA涂层的氟弹性体O型圈。该涂层用于增强O型圈的性能，例如其耐化学性或其机械特性(例如，该涂层可具有润滑效果)。例如参见KED seals (KED密封公司)的〃FEP-or PFA-Encapsulated0-rings" (FEP或PFA封装O型圈)的网络公布。使用O型圈以形成高压环境和低压环境之间的密封。例如，因此该O型圈能够在室温下与带有例如蒸汽液态丙烷/ 丁烷的增压瓶的内部隔离大气，或其能够形成大气与真空处之间的隔离。特别在后者的应用中，穿过O型圈的气体和蒸汽的扩散可决定该真空处的最终压力，例如，参见Phil Danielson (菲儿?丹尼尔森)的〃A journal of practicaland useful vacuum technology"(实践和有用的真空技术期刊)的网络公布。应注意到短语“渗透性”和“扩散”用作为同义词以描述穿过O型圈的气体或流体的传输。当在10_5mbar或以下的真空气压下使用氟弹性体O型圈时(例如VitoneO型圈)，穿过该O型圈的水的扩散通 常是严重的限制因素。当该真空处包括处于低温的部分，而所述水冻于该部分之上时，这可能进一步恶化。带有封闭的低温部分的这种真空处的一个例子发生在低温电子显微镜中，例如由美国Hillsboro市的FEI公司制造的“Tecnai G2Polara”或“Titan Krios”,其中生物样本可在低温下检测到。应注意到:不同的材料，例如PFA和氟弹性体，典型地对于不同气体具有不同的选择性，即:当流体表现出在第一材料中扩散与第二材料中的渗透性相似时，这对于其他气体不是必然正确的。也可参见P.Sturm (P.斯图母)等人的〃Permeation of atmosphericgases through polymer 0-rings used in flasks for air sampling"(穿过使用于用于空气取样的长颈瓶上的聚合物O型圈的大气气体的渗透性)，更具体地可参见其中的表1。此表示出了，例如，Viton O型圈表现出大约40/1 ^ 40的!120/02选择性，而PTFE表现出大约27/0.04=675的选择性，这使用了相同的参照(Peacock)。已知的经涂覆的O型圈的缺点是:相比于诸如氟弹性体的O型圈的最佳未涂覆O型圈，涂层没有减少扩散。存在对于具有更低渗透性，更特别地，具有对于水更低渗透性的O型圈的需求。
技术实现思路
本专利技术意图提供一种比已知O型圈具有更低渗透性的O型圈，更具体地，提供一种t匕(未涂覆)氟弹性体O型圈更佳的O型圈。为此，根据本专利技术的经涂覆的O型圈的特征在于:该涂层是薄无机涂层，所述无机涂层具有IOnm和I μ m之间，更特别地，20nm和IOOnm之间，最特别地，20nm和50nm之间的厚度，导致O型圈表现出比未涂覆O型圈更低的渗透性，并且其中当O型圈的局部曲率在任何方向上改变20%时，涂层表现出很少(little)的裂缝或无裂缝。在聚合物膜上使用无机涂层作为气体阻隔已从例如Applied Physics Letters88(应用物理快报88期)，051907 (2006)上M.D.Groner (医学博士格吕纳)等人的〃Gasdiffusion barriers on polymers using Al2O3 atomic layer deposition"(使用 Al2O3原子层沉积在聚合物上的气体扩散阻隔)获知。此处，Al2O3层沉积在聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和Kapton?聚酰亚胺基底上并且氧气和水的渗透率(transmission rate)是确定的。实验示出水蒸汽渗透系数下降大约3个数量级(ΙΟΟΟχ)。为实现此下降，沉积层的厚度大约为15nm。本专利技术是基于以下领悟:在O型圈的弹性体上使用这样的层将导致具有大大降低的水蒸汽扩散的O型圈。专利技术人发现:用例如原子层沉积(ALD)涂覆的层导致涂层表现出与弹性体良好的粘合，由此当O型圈遭受正常变形时(曲率改变20%)时，该层能顺应所产生的变形。对于Viton? O型圈，首个结果表现出对于水扩散而言的显著的改良而不改变弹性。涂层充分与弹性体粘合以使其能如同动态O型圈般使用。因此，该O型圈可使用于同样核材料的未涂覆O型圈可使用的所有应用(槽)中。在一个实施例中，无机涂层包括金属氧化物，更特别地，包括来自于SiO2, Al2O3,和TiO的组中的金属氧化物。使用诸如SiO2, Al2O3，和TiO的金属氧化物的实验给出了与层与核的粘合相关及与扩散相关的良好结果。`在进一步的实施例中，该涂层包括两层，处于弹性体处的Al2O3层以及处于外侧的SiO2 层。专利技术人发现单独的Al2O3层被水蒸汽轻微腐蚀。通过用SiO2层覆盖Al2O3层，该SiO2层保护Al2O3层免受腐蚀,并且还填补Al2O3层中的孔(针孔缺陷(pin point defect))。在优选的实施例中，聚合物或合成橡胶包括氟弹性体、全氟弹性体、丁腈橡胶、氟硅氧烷或聚氨酯。通过这些熟知的弹性体的使用，可形成具有已知机械(弹性)和热学(最大和最小温度范围)性能的经涂覆的O型圈。 还在另一个实施例中，无机涂层涂覆有保护聚合物膜，该保护聚合物膜具有IOOnm和10 μ m之间，更优选地IOOnm和2.5 μ m之间的厚度,所述聚合物膜充当用于无机膜的化学和/或机械保护层。专利技术人发现聚合物膜层充当机械和化学保护层。实验示出厚度在IOOnm和2.5 μ m之间给出了提供良好耐机械和化学性的层。然而，对于更耐用的O型圈(耐用例如与该涂层的机械穿刺有关)，可使用厚达ΙΟμπι的更厚的涂层。在优选的实施例中，该O型圈在涂覆前经加热(bake)。在诸如氟弹性体的制造期间，水形成于氟弹性体内部，例如参见，PhilDanielson (菲儿?丹尼尔森)的章节〃Virgin 0_rings〃(原始O型圈)。因此建议在使用之前烘干此O型圈，更特别地，在真空下烘干此O型圈。当用降低水渗透性的涂层涂覆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：PHF特罗姆佩纳亚斯，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：