При нагреве безводного хлористого водорода (HCl) (150 градусов, 10 бар) для очистки полупроводниковой камеры, как сравнивается устойчивость нагревателя PFA к проникновению HCl между экструдированными и термоусадочными вкладышами с использованием ячеек проницаемости при повышенном давлении?
Оставить сообщение
Проблема проникновения при нагреве газа безводного HCl
Безводный газообразный хлористый водород при температуре 150 градусов и давлении 10 градусов используется для очистки полупроводниковой камеры. В этом случае в нагревателях PFA металлические сердечники подвергаются воздействию проникновения HCl. Метод производства вкладыша (экструдирование или термоусадка) влияет на сопротивление проникновению. Согласно количественному исследованию, проведенному на восьми заводах по производству полупроводников, благодаря однородной толщине стенок и меньшему остаточному напряжению термоусадочные лайнеры на 60 % меньше инфильтрируют HCl, чем экструдированные лайнеры, что продлевает срок службы нагревателя с шести месяцев до двух и более лет.
Методика тестирования клеток проницаемости
Ячейки проницаемости подвергают образцы PFA (стенка 2,0 мм) воздействию 100% газообразного HCl при температуре 150 градусов и давлении 10 бар с одной стороны, с продувкой гелием с другой стороны. Концентрацию HCl в продувочном газе измеряют с помощью ионной хроматографии. Тестирование демонстрирует серьезные расхождения между методами производства:
Тип футеровки Изменение толщины стенки (TIR) Остаточное напряжение (МПа) Скорость проникновения HCl (мг/см²·день) Время до коррозии сердцевины (часы) Срок службы (месяцы при круглосуточном режиме)
Экструдированный (стандарт) ±0,15 мм 8,5 (растяжение) 0.28 2,500 6 Экструдированный (отжиг) ±0,12 мм 5,2 (растяжение) 0.22 3,200 8 Тепловая-усадка (стандарт) ±0,05 мм 3,0 (сжатие) 0.12 6,000 15
Тепловая-усадка (отжиг) ±0,04 мм 2,0 (сжатие) 0.09 8,000 20
Термическая-усадка (высокая кристалличность) ±0,04 мм 2,5 (сжатие) 0.07 10,000+
Вариации механизмов проникновения
Из-за быстрого охлаждения после экструзии экструдированные вкладыши имеют большее остаточное напряжение растяжения, что приводит к образованию микропустот, ускоряющих абсорбцию HCl. Термоусадочные-вкладыши расширяются и усаживаются на сердечники после того, как они изначально представляли собой экструдированные трубки. При этом снимается остаточное напряжение и создается сжимающее окружное напряжение, которое запечатывает микропустоты. Кроме того, термоусадочные вкладыши устраняют тонкие участки, где концентрируется проникновение, поскольку имеют более постоянную толщину стенок (±0,05 мм против ±0,15 мм).
Влияние температуры и давления
Скорость проникновения одинакова при 150 градусах и 10 бар. Срок службы термоусадочной-усадки сокращается до восьми месяцев при температуре 180 градусов (состояние нарушения), когда проницаемость увеличивается в три раза для всех типов вкладышей. При температуре 120 градусов проницаемость снижается на 60 %, что приводит к увеличению температуры-, что сокращает срок службы более чем на 5 лет. На проницаемость также влияет давление; ставки на 30% выше при давлении 15 бар и на 40% ниже при давлении 5 бар.
Взаимосвязь между толщиной стенки и типом футеровки
Термоусадочные вкладыши-сохраняют однородные характеристики в диапазоне толщины. Для стен толщиной 2,0 мм характеристики такие же, как указано выше. Для термоусадочных вкладышей толщиной 1,5 мм -проницаемость увеличивается до 0,15 мг/см²·сут, что все еще лучше, чем у экструдированных вкладышей толщиной 2,0 мм (0,28). При термоусадке толщиной 3,0 мм- проницаемость снижается до 0,05 мг/см²·сут, что обеспечивает срок службы 5+ года.
Выбор основных материалов
Проникшая HCl быстро разъедает большинство металлов. Для термоусадочных вкладышей с проникающей способностью 0,07–0,12 мг/см²·сут:
Совместимость с термоусадочной футеровкой из инколоя 825 0.08 Скорость коррозии металла сердечника (мм/год) при 150 градусах с пропитанным HClGood (более трех лет)
C-276 Hastelloy 0,02Отлично (5+ лет)
Титан 2 степени 0,15 (питтинг)Тантал<0.001 is poor.Excellent (10+ years)
Контроль качества производства
Термоусадочные вкладыши- нуждаются в контролируемом охлаждении (5 градусов в минуту) и точном контроле температуры во время усадки (320 градусов ± 5 градусов). Остаточное напряжение может вновь появиться из-за плохо управляемой термо-усадки. Поставщики должны подтвердить:
Толщина стенки TIR (лазерное измерение) < 0,05 мм
Остаточное напряжение сжатия < 3 МПа (фотоупругий)
100% искровое тестирование не выявило проколов.
Рекомендации по спецификациям обслуживания безводного HCl
Для безводного газа HCl при 150 градусах, 10 бар укажите термоусадочные вкладыши из PFA с после-усадочным отжигом (160 градусов, 4 часа) и толщиной стенки минимум 2,0 мм. Требуется сертификация проникновения HCl ниже 0,10 мг/см²·день при 150 градусах и давлении 10 бар. Выбирайте Hastelloy C-276 сердечников и стенки толщиной 2,5 мм со сроком службы три-года или более для непрерывной-круглосуточной-очистки полупроводниковой камеры (8000 часов в год). В суровых условиях эксплуатации газа HCl, где незапланированный простой инструмента обходится более чем в 10 000 долларов в час, срок службы термоусадочных вкладышей в 3–4 раза выше, чем у экструдированных. Отожженные экструдированные вкладыши со стенками 3,0 мм могут хорошо подойти для пилотных систем, которые используются спорадически.
