二氧化碳雪洗技术

1、二氧化碳雪清洗技术二氧化碳雪清洗剂与其它二氧化碳清洗剂的区别：目前使用二氧化碳作为清洗剂的清洗方法有四种。第一种是使用坚硬而致密的固体二氧化碳干冰，作为清洗剂。第二种是使用固体二氧化碳与二氧化碳气体的混合物作为清洗剂。第三种是以液体二氧化碳溶剂作为清洗剂。第四种是以超临界流体状态的二氧化碳作为清洗剂的清洗。上述四种清洗的区别首先在于清洗的作用机理各不相同。第一种干冰清洗技术是利用干冰小球体的高速冲击速度对污垢进行机械冲击的应力作用和低温冷冻作用进而将污垢清除的，该技术是一种物体间的能量和动量的转移过程。第三种液体二氧化碳清洗技术，是利用液体二氧化碳溶剂的溶解作用将污垢清除的。第四种超临界二氧化

2、碳清洗技术，是利用超临界流体的特殊性质将污垢清除的。而第二种二氧化碳雪清洗则是利用处于高压状态下的液体或者气态二氧化碳在减压喷雾过程中形成的二氧化碳气流，该气流含有固体二氧化碳小颗粒，二氧化碳气流的高速运动同时与污垢间的能量和动量的转移作用和高速气流的清洗作用来清除污垢的。其他的区别还表现在，二氧化碳雪清洗是一个连续的过程，不像超临界二氧化碳或液体二氧化碳清洗那样需要以间断的方式进行。另外二氧化碳“雪”清洗对与污垢结合得很好的底基材料的剥离力的破坏作用也是相对比较小的。另一个显著区别表现在价格方面，二氧化碳雪清洗设备的价格要比其他二氧化碳清洗设备的价格低十倍以上。二氧化碳雪清洗系统是怎样形成的

3、？无论使用液体二氧化碳还是气体二氧化碳都可以作为二氧化碳雪清洗剂的来源当它们从常温高压的钢瓶出口迅速膨涨喷射出来时，形成的高速流体常形成一个固体和气体二氧化碳的混合物，并集中射向被清洗的表面，这种流体在国外被称为二氧化碳“雪”。所以我们不要误解为存在一种二氧化碳的雪花，名称只是对国外用语的直译。要获得二氧化碳雪的流体，通常必须使用一种称为文丘里喷嘴的特殊喷嘴。其特殊设计的孔口和喷嘴使得喷射过程中能在始值恒定的情况下发生膨涨并获得一个高速的二氧化碳“雪”流体。文丘里管的构造如图一所示。文丘里管简称文氏管又称喉形管，既可用作测量流体流速的仪表，也可做高效率的气体冷却、净化、吸收设备。结构主要包括一

4、段截面不同的管子，由两端向中间缩小其最小处称为喉颈，气体流过时，由于管的截面缩小，流速加大而压力降低，喉颈处流速最大，将装有高压二氧化碳的钢瓶接上文丘里喷嘴，在喷射时就可以产生出含有固体二氧化碳的高速二氧化碳气流。实际上二氧化碳雪的清洗作用是靠两种清洗作用共同完成的一方面它利用的是固体二氧化碳与物体表面污染物之间的能量和动量的转移作用，这种作用使得二氧化碳雪可以去除各种尺寸的颗粒污垢，即使是微米大小的颗粒，目前可被去除的最小颗粒为0.03微米。而另一方面利用二氧化碳雪的特殊溶解作用，可将物体表面上的有机沉积物和薄膜去除。所以它对颗粒状污垢和薄膜状油污都有很好的清洗效果。二氧化碳雪清洗的机理？二

5、氧化碳雪形成过程的相变由液体或气体二氧化碳作为来源在喷射过程中形成较小的二氧化碳固体颗粒时，发生的是二氧化碳由气相或液相转变成固、气两相共存体系的相变过程。根据热力学在一定温度和压力下二氧化碳的相态和相变过程可用下面的相图表不。图二二机化米的出国相图中的纵坐标是mpsk磅/平方英寸）表示的余力轴横坐标是以华氏温度F）表示的温度轴.图中固、液、气二弱化碳存在一个三相共存的二相点C。点）它的温度为-70.OfiPH>a产6压翎为75psiC氐1个大气压，存在一个临界点G它的温度为8798P（3L1崂,压力为107Q6PsiC72拿大气东）.在此临界点以上的一氧化碳被称为超流体相或超临界相，在

6、超临界相中没有单独存在的液相与气相，施临界相的流体既具有液体高密度的特点乂具有气体流动性好犷散性强的特点,在此临界点以上的二氧化碳被称为超流体相或超临界相，在超临界相中没有单独存在的液相与气相，超临界相的流体既具有液体高密度的特点又具有气体流动性好扩散性强的特点。相图中的线是固、气共存线，在此线上的压力、温度条件下，固体二氧化碳可不经过液相而直接转变成气态二氧化碳即二氧化碳发生升华。同时也表示在此线上的温度、压力下，固相和气相可以共存并且两相可以相互转化而不经过液体的中间相。同样在线上的温度、压力下固体二氧化碳可以与液体二氧化碳共存，并且两相可以相互转变。在线上的温度、压力下液体二氧化碳可以与

7、气体二氧化碳共存而且两相可以相互转化。而在域内的温度和压力下二氧化碳只能以固体相存在，在区域的温度、压力范围内二氧化碳只能以液相存在。在区域内的温度、压力下，二氧化碳只能以气相存在。在常温30C、常压1标准大气压，条件下稳定存在的二氧化碳是气态。所以在用二氧化碳雪清洗污垢后最终排出的二氧化碳是气态的，而固体颗粒和有机污垢能从排出的二氧化碳气流束中分离，气体二化碳可被排放到外面并被进一步回收利用。虽然通过上述相图可以帮助我们了解二氧碳雪形成过程就是常温高压下的液体或气体二氧化碳向气、固两相共存体系转变的相变过程，但是二氧化碳的相图并不能告诉我们二氧化碳雪清洗剂是如何具体由液体或气体状态的二氧化碳

8、转变成含固体二氧化碳的气流束的。而二氧化碳的压力始图却可以帮助我们加深对二氧化碳雪形成过程中相变的理解如果以气体一球化碳作为原料（即以A点升始工巧其压力在开口处下降时，部分气体二氧化碳就会液化，形成的液体的百分含量将逐渐增加，并且液体小滴会进一步成柱固化当进入气得区域之间的交界处（用力均为时，气体一氧化磷中所有的液体二氧化碳都变成冏体井驹占一辄化碳总量的阴如果是以液体二承化碳作为原料即以B点开始）当其用力在开口处卜降时液体二细化碳中就奈发生部分气化井有气泡产生,并且气体二氧化碳的百分含量会逐渐增加直到达到气一周共存线的数值°同时利卜的一氧化碳液体就转变成固体，产生冏体的占一氧化SK总

9、量的4部产生的一氧化碳周体的仃分率洪定于所选的原料状态.井受原料的出力和温度的影响.这个压力中图给了我们变化过程始志、终态，以及在一置化暖石拶成时所发生的相态变化的有关也息.由此可知，1辄化碳可既可由气体二策化碳产生也可由液体二辄化碳产生,两种原料各有其优点和缺点,使用气体一氧化碳为原料时产生的二辄化碳韦校少P但由广气体比较容易被过滤，所以在二氧化碳气体中含有的有机污染物较少，而且单位时间内平均消耗的一氧化碳数量也较少.使用液体二氧化碳为原料则可产生更多的一氧碳消耗率也较高所以如果清洗是非经常性的，或是只对一小映面枳上的污垢进行清洗的话，推荐使用气体一氧化碳作为原料.而对连续的荷速清洗或对大而

10、枳污垢进行清洗,建议枭用液体一氧化碳来制备一氧化碳方较好，在一轼化碳汽清洗设备中，一般都选择具有不对称绪构的文丘里喷嘴设计,因为这种喷嘴能使体系在较长时间内保持等的条件，从而能产生更多的一氧化碳方,获得的气流速度最大并且保持气就更加集中,如果使用直管喷嘴则不能保持等份的条件并且一般不能产生所需数量的固体二氧化碳.a2二氧化碳再清洗的机理二氧化碳片既可以去除颗粒污垢，乂能除去矿物油污、手指印、面脂、润滑油等薄膜状污垢,其中的机理通常是用卜面的理由解号的。a2l一氧化碳%去除固体颗粒污染物的机理二氧化碳丐清洗剂从物体表面上去除固体颗前污染物的机理比较简单，高速运动的一氧化碳雪在冲击固体颗粒物时，发

11、生了动量的转移,这种动量转移作用能克服固体颗粒与物体表面之间的黏结力，使固体颗粒脱离物体表面,一旦其离开了物体表面就很容易被高速的气流带走，但这与单纯的高速气流对表而颗粒施加的冲击作用是不同的。空气动力的冲击作用大小是与颗粒面积（或粒子直径的平方）成正比的，而固体颗粒对物体表面的黏附力（包括范德华力、毛细管作用力、偶极吸引力等）也是随固体颗粒的直径变动的.当固体颗粒较大时，气流的冲击作用可以超过颗粒与物体表而问的耙附力，所以利用可以去除物体表面较大的固体颗粒，而当物体表面上的固体颗粒较小时，由于气流的冲击作用卜降得比颗粒与表面的黏附力更多，于是当污垢粒子直径较小时（在微米级范围），仅利用空气动

12、力的作用就不能将这类污垢粒子去除。血在二氧化碳汽的高速气流中含有固体一氧化碳颗粒，固体一氧化碳颗粒与污垢颗粒间碰撞时，发生动量的特移，固体一氧化碳颗粒将冲击动量传给了污垢颗粒并使其远离物体表面而后很容易被气流带走。所以在用一氧化碳雪清洗固体颗粒时，表现出去除效果与表面污垢的颗粒大小无关的特点，可以去除各种尺寸的颗粒污垢（最小的可被去除的颗粒污垢的粒径在ao瑜米，即30纳米）所以用一氧化碳雪更适合用于在精密工业清洗中去除微小的固体污垢粒子.见图四。32广氧化碳看清除有机污垢的机理目前用两种理论解粒一氧化碳可清除有机污垢的机理，一种是whitlock提出的理论，它解科了固体一氧化碳在碰撞过程中为什

13、么能发生部分液化，而由于液态二氧化碳对有机污垢有很好的溶解作用，所以一氧化碳方能很好清除有机污垢。由于一氧化碳重冲击被污染的表面时，碰撞过程中固体一氧化碳粒子受到的压力增加了，而且这个压力可以大到超过固体一氧化碳粒子的屈服应力和三相点压力（78psi）,结果使得固体二氧化碳粒子在与污垢相接触的部位开始发生液化，并发生连续性的屈服和溺性变形进血增加了液相一氧化碳与有机污垢问的接触而枳。此时一氧化碳方变成了气体、液体、固体一氧化碳三相共存的体系。而液相一氧化碳就是有机污垢的最好溶剂，因此有机河垢就溶解在液相的一氧化碳中，当一氧化碳固体颗粒开始跳离物体表面时，随着界而h的压力卜降一氧化碳固体颗粒上的

14、液相部分就会重新发生固化，这样有机污垢就被一氧化碳固体颗粒带离物体表而，见图五。另一种理论是MHi11在199昨提出的。实际上是对whitloc屣出的液化理论的补充，Hil赊了支持Miitlock的观点外，还提出冷冻破裂的新观点，用来解料为什么一氧化碳舌,利用液体一氧化碳的溶解作用不仅能有效去除媒类等汕性有机污垢，而且还能有效去除液体二氧化碳对其溶解力不领的硅油、有机氟化物、合成润滑油等含有燃基之外的其它官能团的有机物.“冷冻破裂”理论的主要观点可以简单理解为：这类有机污垢不是被液体一氧化碳溶解而除去的，而是在被一氧化碳雪低温作用的冷冻过程中破裂成小砰片而被高速气流除去的。对文物、艺术品进行修

15、狂清洗对火灾后残留物品进行修更清洸。用以卜两例说明一氧化碳雪清洗的高效性：美国人Mitloc噌做过一个研究二氧化碳再清洗去除半:导体晶片上微米级和花微米级颗粒污垢有效性的实验。具体作法是将微米级和亚微米级硅酸锌固体颗粒悬浮分散在乙醇中并用喷枪将其喷射到一个两英寸大小的硅晶片匕喷射一直进行到沉枳物能被肉眼可见为止，然后用一个装备有能量分散光谐仪（EDS）的力动微探针来测量锌盐颗粒的数LI和尺寸大小.在测量了100幅后（每幅的面积大小是27.4X20微米）总共检测出29mb锌盐颗粒，（通过推论在硅晶片总共的1600幅面积上应有472外管盐颗粒，）然后用一氧化碳气对硅片进行清洗，并在清洗后再次川微探

16、针进行分析，发现整个硅片上仅剩卜3个锌盐颗粒了，计算表明用一氧化碳再清洗对颗粒污垢的去除率超过了999%,美国人Sheiman和Wiitlockit做了一个用4:氧化碳雪清洗的实际应用一氧化碳雪清洗包括以卜的实际用领域：从金属、陶瓷、型料和玻璃表面去除各种污垢：从单晶硅、磷化钿（InD的化保（GaAs）等半导体晶片表而除去各种微小的污垢。清洗各种光学镜片：包括涂敷各种膜层的光学镜片，在激光器、红外光谱、紫外光谱仪上使用的光学镜片及望远镜镜头：对各种表面分析的样品做分析前的清洗处理，包括对做俄歇（Auger）电子、X-射线电子分析Ocps）的样品对包括真空管在内的各种电真空元器件进行清洗：对要求

17、高洁净度的实验室、生产车间、洁净空进行清洗：对各种要求高洁净度的底基材料的清洗：对要求育洁杼度的金属和陶麦部件进行清洗对电子T业中的各种微电子和混合电路上的污垢进行清洗：主要有以卜三点51防止清洗后清洗表面被重新污染造成清洗表面被重新污染的因素主要有四个（D颗粒污垢的重新沉枳（2）被含在一氧化碳雪中的污垢所污染（3）被清洗设备和夹具上的污垢污染（4）由于清洗方法不当引起的污染.卜而分别对这四种情况进行分析。5L呦止颗粒污垢的重新沉积为防止已被清除的颗粒河垢的重新沉积，在设计清洗设备和体系时，必须考虑到使用通风及捕获等手段，以保证一日.从表面被清除后就不可能再沉枳回来,一般是使用高流动性的紊流或

18、层流的氮气流来进一步清洗已除去颗粒污垢的表面,而作为循环使用的氮气必须经过用用精密过滤系统（HEPA）的过滤处理以保证氮气的高度纯净a经过过滤系统处理的氮气的流动方向也必须按严格规定，即必须是从洁净区吹向污浊区。清洗的方向也是从已清洁的表面吹向尚未清洗的表面。51滁去二氧化碳原料中的杂质研究表明在一氧化碳原料中通常是含有碳氢化合物等有机杂质的，因此如果使用这类未经过滤淳化处理的一氧化碳串进行清洗时，必然会导一氧化碳雪清洗硅晶片表面有机污垢的实益.他们在硅晶片表面涂敷洗面脂和指纹卬等有机污垢，并采用长射线光电子能谱（XPS）分别对新制备的硅晶片、被有机污垢污染的硅晶片以及用一氧化碳可清洗后的硅晶

19、片的污染情况进行分析。（分析其中含有的碳原子数在q°Q、7C第段落的有机物所占的百分含量工分析结果表明：新制备的硅晶片的有机物主要是碳原子数在C2T-c2d段落的有机物，在硅晶片表面涂敷洗面脂和指纹印等有机污垢之后，碳原子数在qC23的有机物所占的自分含量比新制备的硅晶片增加了2-黯，而在用一氧化碳百清洗后基本上检测不出有机污垢，不仅碳原子数在7的有机物的含量大大降低，血且碳原子数在qq段落的有机物含量也比新制备的硅晶片上的少很多。说明用一氧化碳雪清洗不仅可去除硅晶片粘染的污染物，而且可以除去硅晶片上原有的有机污染物，对清除各种有机污垢都有很好的效果.5使用二氧化碳雪清洗应注意的问题

20、为正确使用一氧化碳雪清洗应注意的问题化处理.SL勒止清洗设备和夹具造成的污染一氧化碳半清洗使用的设备、部件以及钢瓶、橡胶管等也都可能含有污垢颗粒，而这些污垢颗粒会随着流动的气体或液体一氧化碳原料经喷嘴到达被清洗物体匕所以在安装清洗设备之前,所有的部件都应用一氧化碳方认具清洗过。51妫防止发生出污染清洗过程还注意以h儿个问题A清洗过程必须遵循严格的顺序清洗的顺序是从已清洗的区域向着待清洗的区域进行，水远不能让清洗喷射流对准一个周围是已清洗表面的未清洗区域，结果使清洗卜来的污垢再次将清洁表面污染。清洗过程必须遵循严格的顺序而不能随意的进行。B注意防止空气中的湿气冷凝由于清洗过程中冷的一氧化碳可流束

21、会大大降低清洗表面的温度，结果会造成周围空气中的水蒸气在清洗表而冷凝。在一般清洗中湿气冷凝并不对清洗造成重大的能响，因为在导热性良好的清洗表面上往往不会造成湿气冷凝，而在用一氧化碳寸清洗玻璃光学饶片等导热性小好的物体国立二帆化傲士的液用生成机理示意忸污垢是对环境有吉的物质的话，也必须遵守处理有害物厅的有关法规对二甄化碌咒清洗后排出的气流进行处理,如用一氧化碳可清洗半导体珅化像或脚粉的丁作是在洁摩室中装有HEPA的通风厨中进行的，清洗卜来的丽化德或珅粉是被收集到过滤耦中，然后进行处理的#如果用二氧化碳当清洗时不产生对环境有害的污垢，则可以将一氧化碳气流直接排放到大气环境中.aa2一氧化碳舌清洗时

22、造成对操作者的伤害问题操作者的肌肤直接暴露在一氧化碳力中是很危险的，因为二氧化碳力气流的温度可低到TKR能将皮肽冻伤因此操作时必须注意防止肌状直接暴露在二氧化碳看中，并应该带好防护眼镜.另外装一氧化碳的钢瓶属吊出气体容器，使用时必须遵守压缩气体的使用规则区a3向室内排放二氧化碳咒造成空气质量下降的问题-78c的低温下二氧化碳凝结成的固态颗粒，这滤净化处理的二簿化碳丐进行清洗时.必然会导致碳氢化合物等有机河垢在清洗表面的沉枳上为解使用不同纯度级别的二氧化碳原料对清洗效果的影响，She段别使用了熔岸保护气级、食品级、T具级、医用级和超临界流体色谱级（SFO的一氧化碳原料，月用卜射线光电子能谱（xra对使用上述各种原料进行一细化碳于清洗的让晶片上的碳包化合物储垢进行检测分析,为比较时的方便.他是选定同样大小的清洗而枳，井川清洗前后表面上的碳氢化合物浓度的比信作为判断再污染的大小，（比值小于1才说明有清洗效果，比值大于1说明再污染严重）实验结果表明除了使用超临界流体色谱级（STO的一氧化碳雪清洗