真空工藝 | 表面凈化處理的基本方法:蒸汽清洗

真空基礎 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氫化物,對于帶有牢固附著污染物和污染很嚴重的基片,當用擦洗和浸洗或超聲波清洗方法清洗以后,再用蒸汽清洗會得到很好的清洗效果。

蒸汽脫脂清洗

  這種方法經常用于玻璃清洗工序的最后一步。蒸汽脫脂設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,形成熱的高密度蒸氣,頂部的水冷管用來凝結清洗劑的蒸氣。

  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多種油脂有高溶解性,它在冷的零件表面上凝結形成帶有污染物的溶液后滴落,而后被更純的凝結溶劑代替。這種過程一直進行到玻璃過熱不再發生蒸汽凝結為止。零件的熱容量越大,蒸汽不斷凝結清洗浸泡零件表面的時間就越長。

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

氟里昂蒸汽沖洗

  為了降低超高真空系統中零部件的表面放氣率,在真空的零部件安裝之前,往往要對所有真空零件表面按照不同的材料,采用一定的工藝規范,進行嚴格的清洗處理。用三氟三氯乙烷(簡稱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,其最大的優點是安全無毒、對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,其沸點為47.6℃(在大氣壓下),凝固點為-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、無毒、不燃的液體。它又是一種鹵化的乙烷,其電絕緣性能好,化學性能穩定,在常溫下不被水解,對常見的表面污物,如潤滑油和其他油脂類的溶解性良好。對像鋼、鋁、銅、鎳、鈦、鈹等金屬無腐蝕性。它與一般的化學試劑不起反應。對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,清洗后經材料放氣率測定,在3小時的真空抽氣后,材料放氣率小于1×10-7 Pa·L/cm2。在歐洲原子核研究中心(CERN)和德國電子對撞機(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。

  清洗時把被清洗的真空零件吊入到容器內,將上法蘭蓋蓋上,通電加熱R113溶液使其蒸發,真空零件在R113蒸氣中置放幾分鐘取出即可,此時零件表面原被污染的臟物油脂即被R113蒸氣溶解掉,零件表面呈現出光亮潔凈的表面。真空零件表面的機械泵油、擴散泵油以及機械加工的滑滑油,經過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,在用液體清洗時廢料多,而蒸汽去油可以在密封容器中進行,因而可以節省清洗劑。此外蒸汽去油清洗與液體清洗相比還有兩個優點:一是蒸汽去油清洗,避免了液體清洗時零件出現的清洗死角。其次是用液體第一次清洗時,會有些污物留在清洗液中,當進行以后的零件清洗時,這些污物又會沾污在其他零件上,而用蒸汽去油就可以避免這種現象。