3.2.2.2 Metalldichtungen

In Anwendungen bei hohen oder tiefen Temperaturen, sehr langen Standzeiten, einer hohen Strahlenbelastung und überall dort, wo es auf sehr niedrige Permeationsraten ankommt, müssen anstelle der Elastomerdichtungen Metalldichtungen eingesetzt werden. Materialien, die bei Metalldichtungen häufig zum Einsatz kommen, sind Kupfer und Aluminium, vereinzelt auch Silber und Gold und vorzugsweise Indium in der Kryotechnik. Während Gold, Silber und Indium meist als Drahtdichtungen ausgeführt sind, wird Aluminium neben der Drahtform auch als Profildichtung verwendet. Zudem gibt es federelastische, metallisch ummantelte Dichtungen.

Metalldichtungen benötigen hohe Anpresskräfte. Sie werden bei der Montage plastisch verformt und sind daher nur einmalig verwendbar. Ihre Härte muss geringer sein als die der Flansche, sodass sie sich an deren Mikrostruktur anpassen und eine metallische ultrahochvakuumdichte Verbindung entsteht. Die Schrauben oder Befestigungselemente sind so zu dimensionieren, dass die spezifischen Anpresskräfte von bis zu 600 N/mm Dichtungslänge in jedem Betriebszustand eingehalten werden.

Für ISO-KF- und ISO-K/ISO-F-Flansche aus Edelstahl stehen Metalldichtungen mit Rautenquerschnitt (Spitzkantdichtungen) zur Verfügung. Verwendet werden Aluminium-Silizium-Legierungen, die weichgeglüht werden und eine Anpresskraft von ca. 100 N/mm Dichtungslänge benötigen. Die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Aluminium und Edelstahl begrenzt die maximal zulässige Einsatztemperatur auf etwa 150 °C. Nach zu hohen Temperaturen kann beim Abkühlen eine Verschlechterung der Dichtwirkung auftreten.

Kupfer hat in etwa die gleiche thermische Ausdehnung wie austenitischer Edelstahl. Kupferdichtungen werden als Flachdichtungen (CF-Flansche) oder Drahtdichtungen (COF-Flansche) eingesetzt. Die Ausführung muss sauerstofffrei sein, d. h., es wird Kupfer der Güte OF (Oxygen Free) oder OFHC (Oxygen Free High Conductivity) verwendet. Wird kein sauerstofffreies Kupfer verwendet, kann bei Wärmebehandlungen (z. B. beim Ausheizen) der vorhandene Sauerstoff mit Wasserstoff reagieren. Dies führt zur sogenannten „Wasserstoffkrankheit“, bei der das entstehende Wasser zu Leckagen führen kann, indem es das Gefüge sprengt. Kupferflachdichtungen für CF-Flansche benötigen eine Anpresskraft von mindestens 200 N/mm Dichtungslänge. Ihre maximal zulässige Einsatztemperatur an Luft beträgt 200 °C. Durch eine Silberbeschichtung erhöht sie sich auf maximal 450 °C. Weichgeglühte Kupferdichtungen benötigen eine geringere Anpresskraft. Sie sollten insbesondere bei Schaugläsern verwendet werden, um die Spannungen bei der Montage so gering wie möglich zu halten.