stringtranslate.com

Очистка углекислым газом

Инженеры в чистой комнате чистят позолоченное тестовое зеркало космического телескопа Джеймса Уэбба с помощью снега, содержащего углекислый газ .

Очистка углекислым газом ( очистка CO 2 ) включает в себя семейство методов очистки и стерилизации деталей с использованием углекислого газа на различных этапах . [1] Поскольку он не разрушает, не абразивен и не оставляет следов, его часто предпочитают использовать на деликатных поверхностях. [2] [3] [4] : Очистка 275  CO 2 нашла применение в аэрокосмической , автомобильной , электронной , медицинской и других отраслях промышленности. [5] [6] Очистка снега диоксидом углерода использовалась для удаления частиц и органических остатков с металлов, полимеров , керамики , стекол и других материалов, а также с поверхностей, включая жесткие диски и оптические поверхности . [4] : 270 

Приложения

Очистка CO 2 нашла применение во многих отраслях промышленности и технических областях, включая аэрокосмическую, автомобильную, электронную, медицинскую, производственную, фундаментальные и прикладные исследования и оптику . [5] [6] Различные методы очистки углекислым газом позволяют удалить серьезные загрязнения, краску , наслоения , жир , отпечатки пальцев , частицы размером до нанометров, углеводородные и органические остатки , а также радиоактивные остатки. К очищаемым материалам относятся металлы, полимеры, керамика и стекло. [4] : 270  Ключевым ограничением является то, что загрязнение должно находиться на поверхности, а не в толще материала. Пористые материалы не являются хорошими кандидатами на использование гранул или снега, но их можно очищать с помощью жидкого или сверхкритического CO 2 .

Методы

Очистка углекислым газом относится к нескольким различным методам очистки деталей, в которых используются все фазы CO 2 : [7] основные методы включают твердые гранулы сухого льда , жидкий CO 2 , снег CO 2 (гибридный метод) и сверхкритический CO 2 . Различные формы очистки CO 2 позволяют очищать многие типы объектов: от больших генераторов до небольших и деликатных деталей, включая жесткие диски и оптику. [4] : 270 

Пеллеты

Струйная обработка сухим льдом, используемая для очистки хлебопекарного оборудования

При очистке гранул (« струйная очистка сухим льдом ») относительно большие гранулы твердого CO 2 выстреливаются в очищаемую поверхность. Эти гранулы ударяются о поверхность, механически удаляя частицы загрязнений. Очистка пеллетами подходит только для поверхностей, достаточно прочных, чтобы выдерживать значительные удары. [1] [4] : 276 

Уборка снега

При очистке снега CO 2 сжатая жидкость или газообразный углекислый газ выбрасывается из сопла, конденсируясь в смесь твердых частиц и газа, которые воздействуют на очищаемую поверхность. [1] [4] : 276  Скорость струи часто бывает сверхзвуковой. [8] Очистка снега осуществляется за счет сочетания передачи импульса (механического удаления частиц загрязнений) и действия растворителя . [1] [4] : 273  CO 2 сублимируется при контакте, увеличиваясь в объеме до 800 раз, тем самым создавая давление, выметающее частицы. [8] CO 2 также растворяет углеводородные загрязнения, а его низкая температура делает остатки, такие как отпечатки пальцев, хрупкими, что облегчает их сдувание. [2] [9]

Очистка снега нашла применение в авиационной , автомобильной , медицинской , оптической , полупроводниковой и космической промышленности. Обеспечивает бережную очистку, подходящую для деликатных поверхностей. [2] [4] : 270  [9] Эффективность очистки снега от углекислого газа доказана методами световой микроскопии , подсчета частиц, сканирующей электронной микроскопии , микрозондирования , рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии , атомно-силовой микроскопии , [10] [11 ] и масс-спектроскопия . [4] : 279 

Стоимость оборудования для системы очистки снега с помощью углекислого газа может варьироваться от 1500 долларов США за базовую систему до 50 000 долларов США за высокопроизводительную автоматизированную установку. [4] : 292  Затраты на материалы сравнительно невелики, хотя часто приходится использовать сверхчистый CO 2 во избежание попадания новых загрязняющих веществ.

Сверхкритическая жидкость

При температурах и давлениях выше критической точки CO 2 может сохраняться в виде сверхкритической жидкости , демонстрирующей чрезвычайно низкую вязкость и высокую растворяющую способность . Чтобы применить этот метод, детали, подлежащие очистке, помещают в сосуд под давлением, который затем заполняется сверхкритическим CO 2 . Этот метод подходит для небольших и деликатных деталей, таких как микроэлектроника, и не идеален для удаления частиц. [12] [1] Помимо очистки, применение сверхкритического диоксида углерода включает целенаправленную химическую сверхкритическую флюидную экстракцию и обработку материалов.

Промывка жидким CO 2

Промывка жидким CO 2 , как и промывка сверхкритическим жидким CO 2 , основана на высокой растворяющей способности CO 2 , [4] : ​​275,  но при более низких температурах и давлениях, что упрощает реализацию. Поскольку жидкий CO 2 не обладает растворяющей способностью сверхкритической жидкости, для повышения эффективности метода можно добавлять перемешивание и поверхностно-активные вещества . [1] Жидкий CO 2 использовался при химической чистке и обезжиривании механически обработанных деталей .

История

Очистка от углекислого газа рассматривалась в 1930-х годах, а метод «пеллет» был разработан в 1970-х годах Э.Э. Райсом, Ч.Х. Франклином и К.С. Вонгом. [4] : 276 

Внедрение очистки снега CO 2 с его способностью удалять субмикронные частицы приписывают Стюарту Хёнигу из Университета Аризоны , который впервые опубликовал эту тему в 1985–1986 годах. [4] : 277  [13] Хёниг путешествовал по США, чтобы продемонстрировать технологию, что в конечном итоге привлекло интерес The BOC Group , которая разработала сопла Вентури для этого процесса, и Hughes Aircraft , которая разработала прямые сопла. [14] Очистка снега CO 2 была дополнительно разработана Институтом машиностроения и автоматизации Фраунгофера IPA с целью удаления краски с фюзеляжей самолетов . [9]

Конструкция насадки является наиболее важным фактором эффективности очистки снега от углекислого газа, влияя на размер и скорость частиц сухого льда. [4] : 277–278  Варианты конструкции сопла были разработаны WH Whitlock, LL Layden, Applied Surface Technologies и Sierra Systems Group. [4] : 277 

Проблемы

Безопасность

Очистка CO 2 может представлять определенный риск для безопасности. Если этот процесс используется для удаления опасных материалов, необходимо принять меры предосторожности, чтобы избежать воздействия этих материалов в вентиляционном потоке. Поскольку поток CO 2 является криогенным , он может привести к травмам при прямом контакте с кожей. Кроме того, необходимо позаботиться о том, чтобы концентрация углекислого газа в рабочей зоне не превышала безопасный уровень . [4] : 272  [15]

Загрязнение

Некоторые коммерческие марки углекислого газа могут содержать следы тяжелых углеводородов , которые могут оставаться на очищаемой поверхности. Абразивные частицы, образующиеся в самом чистящем оборудовании, возможно, также придется отфильтровать. Низкая температура потока углекислого газа также может вызвать конденсацию влаги на детали, которую можно уменьшить с помощью горячих пластин , тепловых пушек , тепловых ламп или сухих боксов . [4] : 292–294. 

Статический заряд

Ионизация, вызванная текущим газом, может привести к потенциально опасному накоплению статического заряда на непроводящих частях. Это можно смягчить путем заземления или источников положительной ионизации. [4] : 294 

Рекомендации

  1. ^ abcdef «Методы очистки». Уборка снега углекислым газом . Прикладные технологии обработки поверхностей . Проверено 13 августа 2015 г.
  2. ^ abc «О нас». Уборка снега углекислым газом . Прикладные технологии обработки поверхностей . Проверено 4 августа 2015 г.
  3. ^ «Что такое струйная очистка (очистка) сухим льдом?». Холодный Джет . Проверено 23 сентября 2015 г.
  4. ^ abcdefghijklmnopqr Шерман, Роберт; Адамс, Пол (1995). «Уборка снега углекислым газом — новое поколение чистоты» (PDF) . Точная очистка : 271–300 . Проверено 24 сентября 2015 г.
  5. ^ ab «Приложения». Уборка снега углекислым газом . Прикладные технологии обработки поверхностей . Проверено 23 сентября 2015 г.
  6. ^ ab «Отрасли и приложения». Холодный Джет . Проверено 23 сентября 2015 г.
  7. Ссылки ​ co2clean . Проверено 24 мая 2016 г.
  8. ^ ab «Как работает струйная очистка CO2?». Холодный Джет . Проверено 23 сентября 2015 г.
  9. ^ abc «Космические зонды: стерильный запуск в космическое пространство». Физическая орг . Фраунгофера-Гезельшафт. 3 августа 2015 года . Проверено 4 августа 2015 г.
  10. ^ "АФМ". Уборка снега углекислым газом . Прикладные технологии обработки поверхностей . Проверено 24 мая 2016 г.
  11. ^ Чернов; Шерман (2010). «Воскресение грязных калибровочных стандартов атомно-силовой микроскопии». Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 28 (3): 643. Бибкод : 2010JVSTB..28..643C. дои : 10.1116/1.3388847.
  12. ^ Вейбель, Джина; Обер, Кристофер (2003). «Обзор применения сверхкритического CO 2 в микроэлектронной обработке». Микроэлектронная инженерия . 65 (1–2): 145–152. дои : 10.1016/S0167-9317(02)00747-5.
  13. ^ A US 5125979 A, ​​Суэйн, Юджин А.; Картер, Стивен Р. и Хёниг, Стюарт А., «Агломерация и ускорение снега из углекислого газа», опубликовано 30 июня 1992 г. 
  14. ^ «Часто задаваемые вопросы». Уборка снега углекислым газом . Прикладные технологии обработки поверхностей . Проверено 23 сентября 2015 г.
  15. ^ «Проблемы безопасности». Уборка снега углекислым газом . Прикладные технологии обработки поверхностей . Проверено 23 сентября 2015 г.