二氧化碳雪洗技術

二氧化碳雪清洗劑與其它二氧化碳清洗劑的區(qū)別：目前使用二氧化碳作為清洗劑的清洗方法有四種。第一種是使用堅硬而致密的固體二氧化碳干冰，作為清洗劑。第二種是使用固體二氧化碳與二氧化碳氣體的混合物作為清洗劑。第三種是以液體二氧化碳溶劑作為清洗劑。第四種是以超臨界流體狀態(tài)的二氧化碳作為清洗劑的清洗。上述四種清洗的區(qū)別首先在于清洗的作用機理各不相同。第一種干冰清洗技術是利用干冰小球體的高速沖擊速度對污垢進行機械沖擊的應力作用和低溫冷凍作用進而將污垢清除的，該技術是一種物體間的能量和動量的轉移過程。第三種液體二氧化碳清洗技術，是利用液體二氧化碳溶劑的溶解作用將污垢清除的。第四種超臨界二氧化碳清洗技術，是利用超臨界流體的特殊性質將污垢清除的。而第二種二氧化碳雪清洗則是利用處于高壓狀態(tài)下的液體或者氣態(tài)二氧化碳在減壓噴霧過程中形成的二氧化碳氣流，該氣流含有固體二氧化碳小顆粒，二氧化碳氣流的高速運動同時與污垢間的能量和動量的轉移作用和高速氣流的清洗作用來清除污垢的。其他的區(qū)別還表現(xiàn)在，二氧化碳雪清洗是一個連續(xù)的過程，不像超臨界二氧化碳或液體二氧化碳清洗那樣需要以間斷的方式進行。另外二氧化碳“雪”清洗對與污垢結合得很好的底基材料的剝離力的破壞作用也是相對比較小的。另一個顯著區(qū)別表現(xiàn)在價格方面，二氧化碳雪清洗設備的價格要比其他二氧化碳清洗設備的價格低十倍以上。二氧化碳雪清洗系統(tǒng)是怎樣形成的？無論使用液體二氧化碳還是氣體二氧化碳都可以作為二氧化碳雪清洗劑的來源當它們從常溫高壓的鋼瓶出口迅速膨漲噴射出來時，形成的高速流體常形成一個固體和氣體二氧化碳的混合物，并集中射向被清洗的表面，這種流體在國外被稱為二氧化碳“雪工所以我們不要誤解為存在一種二氧化碳的雪花，名稱只是對國外用語的直譯。要獲得二氧化碳雪的流體，通常必須使用一種稱為文丘里噴嘴的特殊噴嘴。其特殊設計的孔口和噴嘴使得噴射過程中能在熔值恒定的情況下發(fā)生膨漲并獲得一個高速的二氧化碳“雪”流體。文丘里管的構造如圖一所示。圖?乂;且學足口『5?甘相硼文丘里管簡稱文氏管又稱喉形管，既可用作測量流體流速的儀表，也可做高效率的氣體冷卻、凈化、吸收設備。結構主要包括一段截面不同的管子，由兩端向中間縮小其最小處稱為喉頸，氣體流過時，由于管的截面縮小，流速加大而壓力降低，喉頸處流速最大，將裝有高壓二氧化碳的鋼瓶接上文丘里噴嘴，在噴射時就可以產生出含有固體二氧化碳的高速二氧化碳氣流。實際上二氧化碳雪的清洗作用是靠兩種清洗作用共同完成的一方面它利用的是固體二氧化碳與物體表面污染物之間的能量和動量的轉移作用，這種作用使得二氧化碳雪可以去除各種尺寸的顆粒污垢，即使是微米大小的顆粒，目前可被去除的最小顆粒為0.03微米。而另一方面利用二氧化碳雪的特殊溶解作用，可將物體表面上的有機沉積物和薄膜去除。所以它對顆粒狀污垢和薄膜狀油污都有很好的清洗效果。二氧化碳雪清洗的機理？二氧化碳雪形成過程的相變由液體或氣體二氧化碳作為來源在噴射過程中形成較小的二氧化碳固體顆粒時，發(fā)生的是二氧化碳由氣相或液相轉變成固、氣兩相共存體系的相變過程。根據(jù)熱力學在一定溫度和壓力下二氧化碳的相態(tài)和相變過程可用下面的相圖表示。出加3UOO211笈國二二M化型四相圈在此臨界點以上的二氧化碳被稱為超流體相或超臨界相，在超臨界相中沒有單獨存在的液相與氣相，超臨界相的流體既具有液體高密度的特點又具有氣體流動性好擴散性強的特點。相圖中的線是固、氣共存線，在此線上的壓力、溫度條件下，固體二氧化碳可不經過液相而直接轉變成氣態(tài)二氧化碳即二氧化碳發(fā)生升華。同時也表示在此線上的溫度、壓力下，固相和氣相可以共存并且兩相可以相互轉化而不經過液體的中間相。同樣在線上的溫度、壓力下固體二氧化碳可以與液體二氧化碳共存，并且兩相可以相互轉變。在線上的溫度、壓力下液體二氧化碳可以與氣體二氧化碳共存而且兩相可以相互轉化。而在域內的溫度和壓力下二氧化碳只能以固體相存在，在區(qū)域的溫度、壓力范圍內二氧化碳只能以液相存在。在區(qū)域內的溫度、壓力下，二氧化碳只能以氣相存在。在常溫30℃、常壓1標準大氣壓，條件下穩(wěn)定存在的二氧化碳是氣態(tài)。所以在用二氧化碳雪清洗污垢后最終排出的二氧化碳是氣態(tài)的，而固體顆粒和有機污垢能從排出的二氧化碳氣流束中分離，氣體二化碳可被排放到外面并被進一步回收利用。雖然通過上述相圖可以幫助我們了解二氧碳雪形成過程就是常溫高壓下的液體或氣體二氧化碳向氣、固兩相共存體系轉變的相變過程，但是二氧化碳的相圖并不能告訴我們二氧化碳雪清洗劑是如何具體由液體或氣體狀態(tài)的二氧化碳轉變成含固體二氧化碳的氣流束的。而二氧化碳的壓力熔圖卻可以幫助我們加深對二氧化碳雪形成過程中相變的理解。如.果以氣體二軍優(yōu)碳作為原料1即母九點開始工當其用力在升口處下降時，部分氣體一氧化碳就■會液他脛成的液體的1rl分含粒將逐漸增加，并且般體小滴會進一步成核固化，當進入氣洞區(qū)域上間的交界處（壓內的為8OP打）時，氣體一氧化碳中所有的液體二朝化碳都變成固體并為占二軾化碳總量的金r巾果是以疆體二氧化碳作為原料（即以甘點升婿）節(jié)其六力在開口處F降時液體一膽化碳中就會發(fā)生出分氣化并有氣泡產生，并且氣體二氧化磷的仃分含量會逐漸增加直到達到氣一固共存線的數(shù)似n同時剩卜的一氧化碳液體就轉變成同體，產生固體約占一氧化碳總量的■!赤產生的二氧化碳同缽的門分率認定卜所選的原料狀態(tài),井受原料的用力和溫度的影響.這個壓力用圖第了我們變化過程始態(tài)-絡態(tài)，以及在一班化破雪拶成忖所發(fā)生的相態(tài)變化的有關信息、由此可知，一氧化碳雪既可由氣體一氧化碳產生也可力液體一氧牝碳產生;■網種原料各有其優(yōu)點和缺方.使用氣體一氧化碳為原料時產生叼一軾化碳否較少，但由于氣體比粒容易被過濾，所以在一氧化碳氣體中含有的有?機河染物較少，而且堂位時間內T：均消耗的一軍,化碳數(shù)量也較少-使用液體一氧化碳為.原料則川產生更多的一軻碳消稀率也較高”所以如果清洗是非經常性的，或是只對一小塊而積上的如垢進行清洗的而推薦使用氣體一弱化碳作為原料口也對連犢的陸速清洗或對大面糧汨垢進行清洗.建議果川液體一班牝碳來制箔一.氧化假找好U在1強化碳雪清部設備中，一般都選擇具有不對稱結構的文丘里隔嘴設計.因為這種噴嘴般使體系在校長時間內保持等培條件，從向能產生更多的一氧化碳行,找得的氣流速度最大外旦保杼氣麻更加集中,如果使用直管噴嘴則不能保持等鉆的條件并口一般不能產生所需數(shù)量的固體一氧化即32一氧化碳清洗的機理一氧化碳齊既可以去除顆粒污垢?1乂能除蟲礦物汕污,手指印、面脂、潤滑袖等薄膜指印折,其中的機理通常是用卜面的理力解料的.MN1一氧化碳串去除周體顆粒河-染物的機理一氧化碳方清洗劑從物懷表而I■去除同林版粒污染物的機理比較箕單，制速運動的一氧化碳用在沖擊周休顆粒物可，發(fā)生『動晝的轉移，這種動量轉移作用能克服I固體顆粒與物體表面之間的型鉆力，使固體顆粒脫離物體表面.一鼠其離升；物體表面就輾容易被高速的氣流忙走，但這與單純的不速飛端對表面顆粒施加的沖擊作用是不同的.空氣動力的泮市州用大小是與顆粒面雙（或粒子直桂的T方）成正比的，而固體顆粒對物體表而的黏附力（乜括范德華力、書細管作用力、偶極吸引力等）也是隨固體顆粒的直仲變動的［同你顆粒較大忖j氣流的沖擊作用可以超過顆粒與物體表面間的黏附力，所以利用可以去除物體表面較大的固體顆前，血當物體表面上的固體顆粒較小忖F由F氣流的沖擊作用下降得比顆粒與表面的都附力更冬.于是當污垢粒子直松較小時（在微光級范圍），僅利用空氣動力的作用就不能將這類污垢粒子去除.血在一氧化碳雪的高速氣流中含自同-體一弱化碳飄粒，冏體二?氧化碳顆粒與污垢顆粒間碰搐時一發(fā)生動量的核移，周體.一氧優(yōu)碳顆粒胞押市動量傳給了污垢顆粒并使其遠離物體表而而一后根容易被氣軸帶走.所以在用二氧化碳雪清洗固體顆粒時，表現(xiàn)出?上除枝果與表面污垢的顆粒大小無美的侍點，可以去除各種尺寸的顆粒如垢（最小的川被蟲除的顆粒溝垢的粒衿在a□簿米，即m卿?粕所以用一我化碳再更近合用于在精密工皿清洗中去除微小的同體污蜥粒子.見圖四.ZZ一般化碳方清除有機可垢的機理目前用質種理論解釋一軾化碳再清除有機污垢的機理,一種是刷lit1。曲提出的理詒，它解解「固體二氧化碳在磁捶過程中為什金能發(fā)生部分演化，而由于液態(tài)一氧化碳時育機污折育很好的溶解作所以二氧化磁雪能很好清除有機濘垢.亡卜一氧化碳再沖擊被河染的表面時，碰撞過程中固體二氧化碳粒子受到的樂力增加了，巾」且這個引力可以大到超過固體一氧化碳粒子的％I服由力和:相點用力（:7SPS1）,結果使用固體一氧化碳粒子在與污圻相接觸的部位開始發(fā)生液牝，,并發(fā)生連域性的屈服和型性變形進歷增加了液相一氧化碳與白機污壞間的接觸面積.此時一氧化碳雪變成「氣怫，液體、固體一朝化碳三:相共存的體系.血液相一氧化碳就是有機落垢的晟燈搟劑，因此，機汨垢就溶解在液相的一軟化碳中，節(jié)一氧化碳周休飄諭升蛤跳高物體表而時，隨著界而h的氏力下降一氧化碳固體顆粒.上的液相部分就殳重新發(fā)生固化r這樣有機可垢就被二單優(yōu)碳固體顆粒帶離物體表面，見圖五.另一種理論是MHil1在1他在提中的,實際.氧化碳雪清洗的實際應用一輒化碳雪清洗包括以下的實際同用領域：從金屬、陶器、醋料和玻璃表而去'除各種污聃從單晶昨、磷化例正血防化鍍（SA?）等半導體晶片表而除去齊腫微小的污垢;■清洗各種光學鏡片：包括涂敷普種膜層的九學鏡片，在激光器、紅外光譜-紫外光譜儀上使用的光學鏡片及里運憔使頭；對方狎表面分析的桿品做分析前的清洗處更,包播時做俄歌（Augrer）電子、2射線甩子分析的玉的樣品對包括真空管在內的各種電真空兀器件進行清洗；對要求高潔掙度的實脆空.生產車問、潔凈空進行清沈w對各種要求高潔凈度的底基材料的清流：對要求高浩凈度的金屬和陶空部件進行清洗對電子工業(yè)中㈣各種微電子用掘合電蹄上的溝垢進行清洗；一氧化溫雪清洗讓晶片表而有機污垢的實驗;1他犯在讓晶片表而深吸沆而用和指紋卬等有機污摒，井果用爰斑鰻叱甩子能譜CXPS）分別對新制缶的碎晶片、被土機瀉垢污染的硅晶片以及用.一氧化碳用清洗后的蘇晶片的河染情況遭打封札1分析其中尊白的碳原子數(shù)在QrJjQ笄敕落的有機物所占的『I分含量）「分滸%果表肌：新制落的液晶片的有機物上要是碳痂子數(shù)在c2-c29段落的有機物，在讓晶片表而涂敷洗而脂和指敬卬等有M溝折之后.碳原子數(shù)在qrQ的有機物所占的H分含量比新制備的肝晶片增加廣2口格,而在用二氧化碳方清洗后基本上檢測不出有機污折，不反碳囁子數(shù)在q『-q的有機物的含量大大降住，而且噪原子數(shù)在4一“段落的有機物含量也上面制備的硅晶片上的少很多「說明用二氧化碳雪清洗不僅可去除碎晶片斜染的污染枷而且可以除去斫晶片卜一原有的有機污染物，時清除各種有機海訴都有很燈的效果.S使用.氧化碳雪

清洗應注意的問題為「正確使用一氧化碳番滴沉應注意的問題濾凈化處理的一氧化碳雪皿行清洗時，必然會導致碳氫化合物等有機打垢在清洗表面的沉科.為了了解使用不同純度級別的二氧化碳原料對清洗效果的影響，目h「not的別使用了熔焊俁護氣領、食品繳、工具級、醫(yī)用級和超臨界流體色譜級（SFC的一氧化碳原料，井川X-射綠光甩子能譜（Xi為對使;n上述各種原料進行,二氧化碳雪消洗的硅晶片上的碳氫化合物污垢進行檢蒯分析。為了比較二寸的方便，他是選定同伴大小的清洗面積，邪川清洗前后表而上的碳氫化合物灌虎的比值作為判斷再污染的大小,《比值小于上才說叨有清乳效果，比值大于1說明內污染嚴垂）實驗結.果表明除了使用超臨界流體色譜級（sfo的一.氧化碳雪潔沆的研晶片【的的比值小于1外,其他的原料比值都大于L所以在使用一.氧化碳行進行芋晶片第精密工并清洗時，必須使用超觸的超臨界流體色譜級一氧化碳，其他級別的一氧化碳不也合用卜福雷清洗中。如使用其他級別的一.氯化碳班打精密丁牝清洗J在使用前必須送行/工沌辦氧化碳看清洗破增光學鏡片等導熱性不好的物體時，為防止辿氣冷凝i『在清洗表面附近架設熱空氣憒檢或乳外燈使,濕氣冷凝減少到展少口但對F要求清除微米或亞■微米