真空工藝 | 表面凈化處理的基本方法:蒸汽清洗

2019-12-03 張以忱 iVacuum真空聚焦

  蒸氣清洗主要適用于清除基片表面油脂膜和類脂膜等碳?xì)浠,?duì)于帶有牢固附著污染物和污染很嚴(yán)重的基片,當(dāng)用擦洗和浸洗或超聲波清洗方法清洗以后,再用蒸汽清洗會(huì)得到很好的清洗效果。

蒸汽脫脂清洗

  這種方法經(jīng)常用于玻璃清洗工序的最后一步。蒸汽脫脂設(shè)備可由底部具有加熱元件和頂部周圍繞有水冷蛇形管的容器組成。

  清洗液可以是異丙基乙醇、三氯乙烯或某種氟化的碳水化合物。

  溶劑被加熱蒸發(fā),形成熱的高密度蒸氣,頂部的水冷管用來凝結(jié)清洗劑的蒸氣。

  將待清洗的零件,用夾具夾住,浸入濃蒸汽中20秒至幾分鐘,純凈的清洗液蒸汽對(duì)多種油脂有高溶解性,它在冷的零件表面上凝結(jié)形成帶有污染物的溶液后滴落,而后被更純的凝結(jié)溶劑代替。這種過程一直進(jìn)行到玻璃過熱不再發(fā)生蒸汽凝結(jié)為止。零件的熱容量越大,蒸汽不斷凝結(jié)清洗浸泡零件表面的時(shí)間就越長(zhǎng)。

  蒸氣脫脂清洗操作方法簡(jiǎn)單,可大批量清洗,是得到高質(zhì)量清潔表面的好方法。對(duì)于玻璃基片來說,其清洗效率可用測(cè)定摩擦系數(shù)的方法來檢驗(yàn),另外還有暗場(chǎng)檢驗(yàn)、接觸角和薄膜附著力測(cè)量等方法,這些值越高,所清潔的表面質(zhì)量越好。

氟里昂蒸汽沖洗

  為了降低超高真空系統(tǒng)中零部件的表面放氣率,在真空的零部件安裝之前,往往要對(duì)所有真空零件表面按照不同的材料,采用一定的工藝規(guī)范,進(jìn)行嚴(yán)格的清洗處理。用三氟三氯乙烷(簡(jiǎn)稱R113)蒸汽去油清洗是一種安全有效的清洗方法,這種清洗方法是1970年代以后發(fā)展起來的一種真空材料表面清洗方法,與三氯乙烯蒸汽去油法相比,其最大的優(yōu)點(diǎn)是安全無毒、對(duì)操作人員的身體健康無不良影響。

  三氟三氯乙烷的分子式為CCI2F.CCI2F2,其沸點(diǎn)為47.6℃(在大氣壓下),凝固點(diǎn)為-35℃,密度(30℃)為1.553g/mL,酸值為中性。R113清洗劑是一種無色透明、易揮發(fā)、無毒、不燃的液體。它又是一種鹵化的乙烷,其電絕緣性能好,化學(xué)性能穩(wěn)定,在常溫下不被水解,對(duì)常見的表面污物,如潤(rùn)滑油和其他油脂類的溶解性良好。對(duì)像鋼、鋁、銅、鎳、鈦、鈹?shù)冉饘贌o腐蝕性。它與一般的化學(xué)試劑不起反應(yīng)。對(duì)一般高分子化合物如塑料、橡膠無作用。真空零件表面在用R113清洗劑蒸汽清洗后,零件表面光亮潔凈而且沒有殘留物。

  日本KEK的高能回旋粒子加速器的真空盒就是采用R113蒸汽去油清洗,清洗后經(jīng)材料放氣率測(cè)定,在3小時(shí)的真空抽氣后,材料放氣率小于1×10-7 Pa·L/cm2。在歐洲原子核研究中心(CERN)和德國(guó)電子對(duì)撞機(jī)(DESY)上的真空零件也廣泛采用R113溶劑蒸汽去油和氟里昂液體清洗。

氟里昂清洗裝置

圖3 氟里昂清洗裝置

  用R113蒸氣去油法清洗真空零件的裝置如上圖3所示。清洗容器的材料為不銹鋼,容器的上法蘭蓋帶有冷卻水管,工作時(shí)通冷卻水,加熱裝置用碳棒(或電爐)將水加熱,再用水將清洗容器內(nèi)的R113溶劑加熱,這種間接加熱方式可以使R113清洗劑的溫度均勻而且容易控制。

  清洗時(shí)把被清洗的真空零件吊入到容器內(nèi),將上法蘭蓋蓋上,通電加熱R113溶液使其蒸發(fā),真空零件在R113蒸氣中置放幾分鐘取出即可,此時(shí)零件表面原被污染的臟物油脂即被R113蒸氣溶解掉,零件表面呈現(xiàn)出光亮潔凈的表面。真空零件表面的機(jī)械泵油、擴(kuò)散泵油以及機(jī)械加工的滑滑油,經(jīng)過R113蒸汽去油清洗后都可得良好的效果。

  除了用R113蒸汽清洗外,用R113溶劑液體本身清洗零件表面,也可以取得很好的效果。但是由于R113溶劑易揮發(fā),在用液體清洗時(shí)廢料多,而蒸汽去油可以在密封容器中進(jìn)行,因而可以節(jié)省清洗劑。此外蒸汽去油清洗與液體清洗相比還有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是蒸汽去油清洗,避免了液體清洗時(shí)零件出現(xiàn)的清洗死角。其次是用液體第一次清洗時(shí),會(huì)有些污物留在清洗液中,當(dāng)進(jìn)行以后的零件清洗時(shí),這些污物又會(huì)沾污在其他零件上,而用蒸汽去油就可以避免這種現(xiàn)象。