Чийг ба бөөмсийн хий ялгаруулалт: Гадаргуугийн өнгөлгөө нь хийн цэвэршилтэд хэрхэн нөлөөлдөг вэ

Өнөөгийн өндөр цэвэршилттэй хийн системд ашигтай үйл явц болон өртөг өндөртэй эвдрэлийн хоорондох ялгаа нь таны харж чадахгүй зүйлээс үүдэлтэй байдаг. Чийг ба тоосонцор - тэрбум тутамд ногдох хэсэг эсвэл бүр триллион тутамд ногдох хэсгээр хэмжигддэг - хийн урсгалыг чимээгүйхэн бохирдуулж, бүтээгдэхүүний чанарыг бууруулж, хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн шугамыг зогсоож болзошгүй. Шүүлтүүр, цэвэршүүлэлт, урсгалыг хянах тоног төхөөрөмж хамгийн их анхаарал татдаг ч хийн цэвэршилтэд хамгийн их нөлөөлдөг зүйлсийн нэг бол хийг зөөдөг хоолойн гадаргуу юм. Энэ гадаргууг хэрхэн өнгөлөх нь хэр их чийг шингээж чадах, хэдэн тоосонцор барьж чадах, системийн ашиглалтын хугацаанд хэр их хий ялгаруулахыг тодорхойлдог. Энэхүү гарын авлагад чийг ба тоосонцрын хийн ялгарах механизмыг тайлбарлаж, гадаргуугийн өнгөлгөө нь хийн цэвэршилтэд үзүүлэх нөлөөллийг тоон үзүүлэлтээр тодорхойлж, хэт өндөр цэвэршилт (UHP) гүйцэтгэлийг хангахад ашигладаг өнгөлгөө болон ашиглалтын стратегийг тоймлон харуулсан болно.

Хий ялгаруулалт гэж юу вэ, энэ нь яагаад чухал вэ?

Хий ялгаруулалт гэдэг нь материалын гадаргуу дээр шингэсэн эсвэл гадаргуутай ойролцоо давхаргад ууссан хий болон чийгийг аажмаар ялгаруулах явдал юм. Хүрээлэн буй орчны даралт буурах, температур нэмэгдэх, эсвэл цэвэршүүлсэн хий гадаргуу дээгүүр нэвчих үед ялгаруулалт эхэлдэг бөгөөд энэ нь хийн хангамжийн систем, вакуум камер, аналитик багаж хэрэгсэлд байдаг нөхцөл байдалтай яг адилхан юм. Зэвэрдэггүй ган системд усны уур нь хамгийн түгээмэл хийн ялгаруулалт бөгөөд дараа нь нүүрсустөрөгч болон үлдэгдэл процессын үлдэгдэл ордог.

Хэдийгээр бага зэрэг концентрацитай байсан ч чийг нь тусгай хий, цөмийн хэсгүүдтэй урвалд орж, аналитик заалтыг хуурамчаар үйлчилж, массын урсгалын хянагч, хавхлага, тунадасны камер зэрэг мэдрэмтгий бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хордуулж болзошгүй. Төхөөрөмжийн геометрийн хэмжээ багасаж, процессын цонх чангарахын хэрээр хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл нь хийн цэвэр байдлын шаардлагыг сая тутамд ногдох эд анги (ppm)-ээс тэрбум тутамд ногдох эд анги (ppb) болон триллион тутамд ногдох эд анги (ppt) болгон нэмэгдүүлсэн. Эдгээр түвшинд хоолойн гадаргуугийн өнгөлгөө нь жижиг нарийн ширийн зүйл байхаа больсон - энэ нь тээрэмээс багаж хэрэгсэл хүртэл инженерчлэл хийж, баталгаажуулж, засвар үйлчилгээ хийх ёстой үндсэн үзүүлэлт юм.

Гол механизмууд

Бодит гадаргуугийн талбай нэмэгдсэн

Барзгар гадаргуу нь гөлгөр гадаргуутай харьцуулахад хамаагүй том микроскопийн талбайтай бөгөөд илүү их талбайтай байх тусам чийг наалдаж болох газрууд илүү их байна гэсэн үг юм. Харилцаа нь шугаман биш: оргил, хөндий, мөхлөгийн хил хязгаарын алхам хэлбэрээр барзгар байдал нь адсорбцид ашиглах боломжтой үр дүнтэй гадаргуугийн талбайг үржүүлдэг. Гадаргуугийн барзгар байдлыг (Ra буюу гадаргуугийн профайлын арифметик дундаж хазайлтаар хэмжсэн) 0.8 µm-ээс 0.25 µm хүртэл бууруулах нь адсорбцийн талбайн ихэнх хэсгийг арилгаж чадна, учир нь усыг хамгийн их хадгалдаг хамгийн гүн ан цавыг бүрэн арилгадаг. Ийм учраас гадаргуугийн өнгөлгөөг ихэвчлэн суурь цэвэршилтэд хүрэхийн тулд системийг хэр удаан цэвэрлэхийг тодорхойлдог чийгийн далд нөөц гэж тодорхойлдог.

Чийг шингээлт ба хийн ялгаралт

Чийг нь металл гадаргуутай, ялангуяа зэвэрдэггүй ган дээр байгалийн жамаар үүсдэг исэл давхаргуудтай тогтвортой холбоо үүсгэдэг. Идэвхгүйжүүлсэн, хромоор баялаг гадаргуу дээр усны молекулууд эхлээд исэлд шууд хими шингэж, дараа нь дараалсан физик шингэсэн давхарга болж хуримтлагддаг. Хоолойг дараа нь вакуум эсвэл урсдаг хийд өртөхөд эдгээр давхаргууд аажмаар шингэдэггүй: сул холбогдсон гаднах давхаргууд эхлээд ялгардаг бол хими шингэсэн ус хэвээр үлдэж, ялгарахын тулд ихэвчлэн дулааны хэлбэрээр энерги шаарддаг. Практик үр дагавар нь шинээр суурилуулсан эсвэл муу өнгөлсөн хоолой нь хийн урсгалд хэдэн цаг эсвэл бүр хэдэн өдрийн турш чийгийг оруулж, цэвэрлэгээний хугацааг уртасгаж, цэвэршилтийг стандартаас доогуур байлгадаг.

Бөөмийн хавхлага

Барзгар гадаргуу дээрх микроскопийн ан цав, нүх, хонхорхой нь бөөмсийн нөөц болдог. Хэвийн ажиллагааны үед эдгээр бөөмс гацсан хэвээр байж болох ч дулааны мөчлөг, чичиргээ эсвэл урсгалын чиглэл болон хурдны огцом өөрчлөлт нь тэдгээрийг хөдөлгөж, бохирдлын дэлбэрэлтийг хийн урсгал руу илгээдэг. Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд ганц бөөм нь вафли дээр үхлийн согог үүсгэж, үхсэн хөл эсвэл хавхлагын хөндийд тогтсон бөөмсийг систем ажиллаж эхэлсний дараа арилгахад маш хэцүү байдаг. Гөлгөр, ан цавгүй гадаргуу нь үүссэн бөөмсийн тоог бууруулаад зогсохгүй үлдсэн гадаргууг цэвэрлэх, шалгахад илүү хялбар болгодог.

Хийн цэвэршилтэд үзүүлэх нөлөө

Гадаргуугийн өнгөлгөөний сонголт нь хийн цэвэршилт, цэвэрлэгээний хугацаа, урт хугацааны тогтвортой байдалд шууд, тоон үзүүлэлтээр нөлөөлдөг. Ra 0.5-0.8 µm хүрээний барзгар гадаргуу нь цэвэршүүлээгүй хүйтэн аргаар татсан хоолойн ердийн зүйл бөгөөд илүү их чийг, тоосонцорыг хадгалдаг. Тэдгээр нь илүү идэвхтэй хий ялгаруулдаг, цэвэрлэгээний хугацаа урт байдаг бөгөөд ерөнхийдөө зөвхөн хааяа бохирдох боломжтой ppm түвшний хэрэглээнд тохиромжтой байдаг. Ra ≤ 0.25 µm хүрээний гөлгөр гадаргуу нь ихэвчлэн электро өнгөлгөө (EP)-ээр үйлдвэрлэгддэг бөгөөд маш өөрөөр ажилладаг: тэдгээр нь цөөн адсорбцийн цэг, бага хий ялгаралт, хамаагүй бага тоосонцор үүсгэдэг. Энэ нөлөөг нийтлэгдсэн судалгаагаар тоон үзүүлэлтээр харуулсан; титаны нэг судалгаагаар гадаргуугийн барзгаржилт 35%-иар буурснаар хийг ялгаруулсан ус 30%-иар буурсан болохыг харуулсан бөгөөд зэвэрдэггүй гангийн хувьд ижил төстэй чиг хандлагыг баримтжуулсан болно. ppb болон ppt түвшний хэт өндөр цэвэршилттэй системийн хувьд электро өнгөлгөөтэй гадаргуу нь тансаг хэрэглээ биш - энэ нь зайлшгүй шаардлага юм.

Гадаргуугийн өнгөлгөө нь системийн гүйцэтгэлд хэрхэн нөлөөлдөг

Гадаргуугийн өнгөлгөө нь хий ялгаруулахаас хамаагүй илүү их нөлөө үзүүлдэг. Энэ нь цэвэрлэх хугацаа (гөлгөр гадаргуу нь суурь чийгшилд илүү хурдан хүрдэг), урсгалын дор бөөмсийн ялгаралт, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал (идэвхгүйжүүлсэн, хромоор баяжуулсан EP гадаргуу нь дахин бохирдохоос хамгаалдаг), цэвэрлэх чадвар (гөлгөр гадаргуу нь цэвэрлэгээний бодис ялгаруулж, усыг бүрэн зайлдаг) зэрэгт нөлөөлдөг. Энэ нь мөн гагнуурын чанарт нөлөөлдөг: цэвэр, хяналттай гадаргуугийн өнгөлгөө нь тойрог замын гагнуурын чанарыг илүү тогтвортой болгож, ирээдүйд бохирдлын эх үүсвэр болж болзошгүй хольц болон дулааны өнгөний өөрчлөлтийн эрсдлийг бууруулдаг.

Бууруулах стратегиуд

Өндөр цэвэршилттэй хийн түвшинд хүрэх, хадгалахын тулд бохирдлын өөр өөр замыг шийдвэрлэх хэд хэдэн арга барилыг хослуулан хэрэглэх шаардлагатай.

Гадаргуугийн боловсруулалт

Цахилгаан өнгөлгөө (EP) нь UHP системийн алтан стандарт юм. Энэ процесс нь гадаргуугаас нимгэн, хяналттай металл давхаргыг арилгаж, бичил оргилуудыг тэгшилж, ан цавыг нээж, арилгаж, идэвхгүй хальсны хромын агууламжийг баяжуулдаг бөгөөд энэ нь гадаргууг зэврэлтэнд илүү тэсвэртэй, чийгийг бага хадгалдаг болгодог. UHP хийн шугамыг тодорхойлохдоо сонгоно ууэлектрополжуулсан оёдолгүй хоолойНойтон эд ангиуд болон тохирох холбох хэрэгслийг ижил өнгөлгөөтэй болгох; нэг систем дотор өнгөлгөөг холих нь угсралтын цэвэр байдлыг алдагдуулдаг. Бага шаарддаг хэрэглээний хувьд хүчиллэг даршилж, идэвхгүйжүүлэх (AP) болон тод шарах (BA) нь цэвэр байдал болон өртгийн сайн тэнцвэрийг хангадаг.

Цэвэрлэгээ ба боловсруулалт

Зөвхөн гадаргуугийн өнгөлгөө хангалтгүй - нарийн цэвэрлэгээ нь өмнөх боловсруулалтын үе шатуудаас үлдсэн үйлдвэрлэлийн үлдэгдэл, тос, чийгийг арилгадаг. Ердийн протоколууд нь шүлтлэг тосгүйжүүлэх, хэт авианы цэвэрлэгээ, ионгүйжүүлсэн усаар зайлах, дараа нь цэвэр орчинд хатааж, битүүмжилсэн, давхар ууттай хамгаалалттай савлахыг хослуулдаг. Харьцангуйлах сахилга бат нь мөн адил чухал: бээлий, цэвэр багаж хэрэгсэл, таглаатай хадгалах нь тээрэм болон эцсийн суурилуулалтын хооронд дахин бохирдохоос сэргийлдэг.

Жигнэмэг хийх

Вакуум эсвэл урсдаг цэвэрлэгээний хий дор эд ангиудыг халаах нь усны уурын шингээлтийг хурдасгаж, ашиглалтын явцад процессын урсгал руу гадагшлах чийгийг зайлуулдаг. Геометр болон халуунд өртсөн бүсүүд нь далд чийгийн нөөцийг үүсгэдэг хавхлага, холбох хэрэгсэл, гагнасан холболтын хувьд жигнэх нь онцгой чухал юм. Идэвхгүй цэвэрлэгээтэй хослуулан жигнэх нь шинэ систем суурь цэвэршилтэд хүрэх хугацааг өдрөөс хэдэн цаг хүртэл багасгаж чадна.

Цэвэрлэгээ

Идэвхгүй хий, ихэвчлэн азот эсвэл аргоныг системээр урсгах нь хийнээс гарсан бохирдлыг зайлуулж, чийгийг дахин шингээхээс сэргийлдэг. Цэвэрлэх нь ашиглалтад оруулах алхам бөгөөд тасралтгүй дадал зуршил юм: сайн зохион бүтээсэн системүүд нь нөөц хэсгүүд дээр тасралтгүй бага урсгалтай цэвэрлэгээг байлгаж, өндөр цэвэршилттэй цэвэрлэгээний хий ашигладаг тул цэвэрлэгээ өөрөө бохирдлын эх үүсвэр болохгүй.

Материалын сонголт

Бага хий ялгаруулдаг материалыг ашиглах нь дотоод бохирдлын эх үүсвэрийг бий болохоос нь өмнө багасгадаг. UHP үйлчилгээний хувьд VIM-VAR (вакуум индукцийн хайлалтын дараа вакуум нуман дахин хайлуулах) аргаар үйлдвэрлэсэн 316L зэвэрдэггүй ган нь салбарын стандарт юм: давхар вакуум хайлалт нь металл бус хольцыг бууруулж, цэвэрхэн өнгөлөхөд хялбар, хий ялгарахад бага өртөмтгий нягт, нэгэн төрлийн бичил бүтцийг бий болгодог. Оролттой доод зэрэглэлийн материал нь хамгийн сайн гадаргуугийн өнгөлгөөг ч эвдэж чаддаг, учир нь хольц нь нүх сүв үүсгэх, бөөмс үүсгэх эхлэлийн цэг болдог.

Хэрэглээнд тохирох гадаргуугийн өнгөлгөөг сонгох

Өөр өөр салбар, үйл явц нь өөр өөр цэвэр байдлын шаардлага тавьдаг бөгөөд зөв өнгөлгөө нь цэвэр байдлыг өртөг болон бэлэн байдалтай тэнцвэржүүлдэг. ppb түвшний цэвэр байдал хангалттай байгаа хэрэглээнд - жишээлбэл, өндөр цэвэршилттэй үйл явцын шугам, эмийн үйлдвэрүүд -тод арчилгаатай (BA) оёдолгүй хоолойгадаргуугийн чанар, хэмжээст хяналт болон өртгийн маш сайн тэнцвэрийг санал болгодог. Хамгийн хүнд үйлчилгээнд зориулж электро өнгөлгөөтэй материалыг ямар ч буултгүйгээр тусгайлан боловсруулсан.

• Хагас дамжуулагч болон хавтгай хавтангийн үйлдвэрлэл: EP өнгөлгөө, Ra ≤ 0.25 µm, 316L VIM-VAR, давхар ууттай бөгөөд багцаар баталгаажсан. Хий ялгаруулах болон бөөмсийн төсвийг ppb-ppt-д тодорхойлж, гадаргуугийн болон бөөмсийн тооллогын үзүүлэлтүүдээр баталгаажуулдаг.
• Тусгай болон электрон хий: Хяналттай дотоод өнгөлгөөтэй EP эсвэл өндөр зэрэглэлийн BA хоолой; хийн шүүгээ болон түгээлтийн самбар нь эд анги бүрээс тогтвортой чанарыг шаарддаг.
• Эмийн болон биотехнологи: Цэвэрлэж, баталгаажуулахад хялбар, ASME BPE гадаргуугийн өнгөлгөөний удирдамжийг хангасан, CIP/SIP мөчлөгийг дэмждэг EP эсвэл BA гадаргуу.
• Аналитик багаж хэрэгсэл ба хийн хроматографи:багажны хоолойДохионы тогтвортой байдал нь давтагдах боломжтой, бохирдуулагчгүй хийнээс хамаардаг тул хяналттай дотор диаметрийн өнгөлгөө болон нарийн хэмжээст хүлцэлтэй.
• Ерөнхий процесс болон үйлдвэрлэлийн хоолой: AP эсвэл BA өнгөлгөө нь ppm түвшний үйлчилгээг хямд өртгөөр хангалттай цэвэр байдлыг хангадаг.

Салбарын стандарт ба техникийн үзүүлэлтүүд

Гадаргуугийн өнгөлгөөг нарийн тодорхойлоход нийтлэг хэл шаардлагатай. Ra (арифметик дундаж барзгаржилт) нь хамгийн өргөн хэрэглэгддэг параметр боловч чухал хэрэглээнд Rz, Rmax, оргил тоо, мөн SEMI F19 зэрэг гадаргуугийн барзгаржилтын хэмжилтийн стандартуудыг дурдсан байдаг. Зэвэрдэггүй ган хоолойн хувьд нийтлэг лавлагаанд оёдолгүй болон ариун цэврийн хоолойн ASTM A269 ба A270, био боловсруулалтын тоног төхөөрөмжийн ASME BPE, хагас дамжуулагч хэрэглээний SEMI стандартууд орно. Тодорхойлолт нь EP чанарыг шаардах үед Ra утга, хэмжилтийн арга, хүлээн авах шалгуурыг зааж өгөх ёстой - жишээлбэл, "Ra ≤ 0.25 µm, дотоод гадаргуу дээр үзэгний профилометрээр хэмжсэн, 100% шалгагдаж, баталгаажсан."

Байнга асуудаг асуултууд

А: UHP зэрэглэлийн Ra утгыг ямар гэж үздэг вэ?

А: Хэт өндөр цэвэршилттэй системүүд нь ихэвчлэн Ra ≤ 0.25 µm гэж тодорхойлдог бөгөөд олон хагас дамжуулагч үйлдвэрүүд электропульсан гадаргуу дээр Ra ≤ 0.13 µm шаарддаг. Яг тодорхой шаардлага нь процесс болон нийлүүлж буй цэвэршилтийн ангиллаас хамаарна.

А: Электро өнгөлгөө нь бөөмсийг арилгадаг уу?

А: Цахилгаан өнгөлгөө нь металлын хяналттай давхаргыг арилгадаг бөгөөд энэ нь тоосонцор болон чийг нуугдсан бичил оргил, ирмэг, ан цавыг арилгадаг. Энэ нь цэвэрлэгээг орлохгүй: зохих ёсоор цахилгаан өнгөлгөөтэй эд ангийг цэвэр өрөөний нөхцөлд цэвэрлэж, зайлж, савлах ёстой.

А: Гадаргуугийн өнгөлгөө нь цэвэрлэх хугацаанд хэрхэн нөлөөлдөг вэ?

А: Барзгар гадаргуу нь илүү их чийгийг хадгалж, илүү удаан ялгаруулдаг тул суурь цэвэршилтэд хүрэх нь илүү удаан хугацаа шаарддаг. Гөлгөр электропультив гадаргуу нь цэвэрлэх хугацааг хэдэн цаг эсвэл бүр хэдэн өдрөөр багасгаж, улмаар илүү хурдан асаалттай болж, ажиллахгүй байх хугацаа багасдаг.

А: Хийн системд гэрэлтсэн (BA) хоолой хангалттай юу?

А: 0.25–0.4 µm орчим Ra агууламжтай BA хоолой нь өндөр цэвэршилттэй болон эмийн олон хэрэглээнд тохиромжтой. ppb-ppt хагас дамжуулагч болон тусгай хийн үйлчилгээнд ерөнхийдөө электрохимийн өнгөлгөө шаардлагатай байдаг.

А: Хэт өндөр цэвэршилттэй хийн системд ямар материал хамгийн тохиромжтой вэ?

А: VIM-VAR хайлуулах аргаар гаргаж авсан 316L зэвэрдэггүй ган нь бага агууламжтай, тогтвортой, цэвэр бичил бүтэцтэй тул UHP хийн системд зориулсан стандарт сонголт юм.

Дүгнэлт

Гадаргуугийн өнгөлгөө нь зэвэрдэггүй ган хоолойн гоо сайхны шинж чанар биш бөгөөд энэ нь хийн системийн ашиглалтын хугацаанд чийг шингээх, бөөмсийг хадгалах, хийн ялгаралтыг зохицуулдаг функциональ үзүүлэлт юм. Илүү гөлгөр гадаргуугийн өнгөлгөө нь хийн цэвэр байдлын хамгийн өндөр түвшинд хүрэх, хадгалах урьдчилсан нөхцөл юм. Зөв өнгөлгөөг тодорхойлсноор - UHP үйлчилгээнд зориулж электропульжуулсан, тод шарж эсвэл даршилж, бага шаарддаг хэрэглээнд зориулж идэвхгүйжүүлсэн - үүнийг 316L VIM-VAR зэвэрдэггүй ган зэрэг хийн ялгаралт багатай материалтай хослуулж, нарийн цэвэрлэгээ, жигнэх, цэвэршүүлэх аргуудаар дэмжсэнээр инженерүүд хамгийн өндөр шаарддаг цэвэр байдлын зорилтуудыг хангасан хийн хангамжийн системийг найдвартай барьж, үйлдвэрийн ашиглалтын хугацаанд тэнд нь байлгаж чадна.