二氧化碳雪洗技术

1、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碳清

2、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

3、是怎样形成的？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焓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。图但VE口熠甜唯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

4、 体冷却、净化、吸收设备。结构主要包括一段截面不同的管子，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

5、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 面的相图表示。3LW21*T甫小创-第 抑 的 W 匚方阳二二棋化眼向相阳相图中的纵坐标是用 函磅广F方英寸）表木的只力轴*横坐标是以华氏温度 表不的度抽，图中固、液、气包化碳存在一个 湘共存的:相点 E点）它的温度为一即顷 g压僵为7叩$认几1个大气用:工存在一个临界贞。立的温度为旧阳CL 1。.氐力.为1。也 何N C

6、T28大气压L在此临界点以匕的-氧化碳被称为.超蜿体相或担临昇施，在竖临界捆中没有单独存在的液相与气相，捌标界相的流休既具育液#高密.5，.匚.*顷特.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

7、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

8、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转变成含固体二氧化碳的气流束的。而二氧化碳的压 力焓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。如果以气休二氧化碳作为原料舞以A点升 始），其压力在升口处下降时，茁什气体一氧化 碳就会液化股成的液体的iT分舍量将逐渐增如 界且液体小滴会进一步成核固化 诉进入气书区 域之间的变昇处（压力约为SOpsi）时，气体氧化 碳中所有的液体二氧化碳都变成固体少约占一纹 化碳总量的泓一算淞是以骡休二氧化碳作为原料 （即以BE升始）其丘力在开日处卜-降F寸液体一. 氧化成中就瓮发生茁分气化并有气泡产生，井口 气体一氧化碳的IT分

9、舍量会遂渐增加直到达到气一 固共存线的数值。同时剩下的1氧化碳液体就转 变成同体，产生固体约占氧化碳总量的4产 生的二氧化碳同体的IT分率决定F所透的原料状 态.井受原料的用力那温度的弟府。这个用力F 图结了我们变化过椁始态缠态，以及在一氧化暧 街形成时所发生的相态变化的有美佰息巾此川知一氧化碳雪既叫由气体一氧化碳 产生也i1F液体一氧优碳产E 岫一种原料符有其 优点和缺点“便.用气林一氧化碳为原料时产生胸 二氧化碳雷酸少,但由于气怵比校容易被过滤，所 以在氧化碳气体中含有的伸机污染物在饥而 且单位时间内平均消耗的.一氧化碳数量也较少， 使用液体氧化碳为原料则W产生电多的一叛碳 消糊率也较高所

10、以如果清洗是非酷常性的，或是 只时一小块面积卜一的河垢避初清洗的讥推荐使 用气体一其化瑛作为原料hl对姓续的商速清洗 或耕大而枳扣垢进K清洗.建议采用液体一氧化 碳.来制备一氧化碳可较好=在-氧化璘可清桃设备中一般都选择具有 不酎林蜻构的文丘一里喉嘴设汁，因为这种喷皤赭 使体系在较长时间内保持等靖条件，从而能产生 更笏豹一一也化碳乍,挟得的气流速度最大并E保 店气痴更口集中，如果便川直管喷嘴则不酷保凸 等玲并条件，井旦一般不能产生所需数量的固体一 氧化碳。3 ?一组化碳宵清洗的机理二氧化雪既可以J；除颗粒河垢又能除尺 矿物汕污、手指印、而脂、润滑汕等薄瞋状污瑞, 共中的机理迅I常是用卜,而的理

11、巾解释的。5 ? 1.氧化碳韦大除同体颗粒污染物的机 理.氧化碳行清洗剂从物体表而I去除固体甄 粒污染物的机理比较肯前，高速运动的一氧化碳 雪在冲击周钵颗粒物时,发生了动量的转执这种 动量转移作，用能克服I固体翘粒与物体表而之间的 葬结力，使固体颗粒脱离物体表而.一日一其离升r 物体表而就很容易被高速的气流带但这与他 纯的高速气流肘表面颗粒施加的冲击作m是不同 的空气劾力的抑击作用太小是与颗粒面决（或粒 子直样的F方）成正比的.而周休题粒对物体表而 的观.附力（包括葩德华力、毛细管作用力、偶极吸 引力等）也是随固体颗粒的直传变动的u诉同休颗 粒较大时,气流的冲击作用而以捌过颗粒与物体 表而间的

12、黏附力所以利用可以去除物件表而较 大的同体颗粒，It. 与物体表面上的同体颗杭较小 时.由F气流的冲击作用下降得比颗杭与表而的 禁附力史多 F是当污垢粒子直祜辕小河（在镒米 级范用），仅利用空气动力的作.叮就不能将这类污 垢粒子夫除而在氧化碳，胸高速气流中含有 固-体一氧化碳瓢粒，固体二氧化碳颗粒与污垢颗 粒间碰搔时,发生动量的转移,固体一组优碳颗粒 将冲击动量传给了污却颗粒并使其远离物体表面 血后很容易械汽流带走，所以在用二氧化碳雪清 洗同体颗粒时，表现出去除救果与表而污垢的版 粒大小无美的特点町以去除各种尺寸的颗粒河， 垢（最小的可被力除的颗粒污垢的粒样在a。磁 米，B|J卯纳米）所以兀一

13、氧化碳丹更适合mF在 精密丁业清洗中力除微小的冏体污垢粒子，见图四“3 2.厂氧化碳*清除有机时垢的机理U的兀两.种理论解释-氧化碳可清除有机污 垢的机理，一神是妊it lock提出的理论，它解释 固体二堑化球在碰撞速椁中为什么能发生部分 流化，而巾液态一氧化碳耐有机污垢有很好的 溶解作ITL所以二氧化横雪能很好清除有机污瑞。 由卜一一剑化碳K冲布被污染莉表面时，碰撞过程 中同体二勤化碳粒子受到的用:力增加了，m旦这 个只力可以大的,超泄同体一氧化磔粒子的Jm服板 力加湘点.压加7SPS1）,结果便得同体一堑化碳 粒子在与河垢.相接触的部位升始发生液化，并发 生连续性的屈服和型性变形迸而增加了

14、液相二氧 化碳与有机污垢间的接触面牝 此时氧化碳； 变成了气体、液体、同体一氧化碳V相共存的林 系，而液相1氧化碳就是有机污垢的最好济剂，因 此有机列垢就溶解在液相的1甄化碳中，氧 化碳同律颗粒升始跳高物体表而时，随若界而h 的氏力下降一氧化碳固体瓢粒上的液相部分就会 重新发生固化，这样有机泠垢就被一氧化碳固体 颗粒带离物体表面，见图五。另一神理论是MR111在1鹏晔提中的P实际上是对whi 11 w噬出的液化理1仑的补充，Hi 1豚 r屈袖itMc椭观点外，还提出冷冻噂的新 观点用来解释为什么.1氧化碾方，利nr液体一氧 化碳的露牌作用不仅能有效除母类等汕性肯机 污垢，而且还髓有效去除液体二

15、氧化磷对其溶解 力不强的莅机 有机氧化物、合成桐滑祐等含有烛 基之外的其它百能团的有机物u庄怜冻破裂*理论 的上要胴点川以简单理解为：这类有机河垢不是 被液#-.*化磔溶解而除去的】iiL是在被-笔化 碳雪低牡作,用的冷冻过程中破裂坡小碎片们被高 魂气流除大豹”对史物、之术品避行修复清洗对火呢后独留 物品遇行修复清洗=用以卜阪例说明.堑化碳无清位的高效性；美国人叫讶金ci磨做诚一个研究一一机化碳g 清洗虫除半导体晶片匕微米童利亚微米级颗粒污 垢有效性的实虹 具体作法是将微林级和w微米 毂氐酸锌同体颗粒忌浮分散在乙醇R井兀嘛枪将 奖师射到一个阿英寸大小的徒晶片匕喷射一直 逃r到沆丧物能被肉眼祖兄

16、为止，然匚m一个装 备有能量分散光惜仅（脉 的n动微探针来测毋 锌盐颗粒的数LI和尺寸大小。在测量1。幅后 （每幅的而税大小是 改dx N谶米）总共检测出 孙砰捽盐颗粒n池过推论在琲晶片总共的16。 幅而积上应有心2叶蜂盐颗粒，）然后用一氧化碳 雪对硅片过行清洗，在清洗.后而次用徽探针过 行什析，发现整个矽片卜侦剩下w个锌世颗粒仁 计算表明兀一氧化碳彳清洗对颗早弟；垢的女除率 毗j泊物.美国人Sh甲imm秆I litloclddi做一个用4 氧化碳雪清洗的实际应用一氧化碳K清洗包括以卜的实际向兀领域：从金属、陶霰、塑料和玻璃表而大除各种河 垢.从检晶矽、瞬化朗d顽饰化镣SAB）等半 辱体晶片表

17、而除去芥神微小的污垢，清洗各加光学镜片：包括深吸香种膜层的光 学镜井，在涯冷器、如外光谱-紫外，光谱仪上使兀 豹光学镜片及望远镜健:加府各种表而分析的样品聚分析前的精眺处理 包括对做俄歇（Aims）电子、X射线电子分析&西的样品对包括真空管在内的各种电真空无卷件通行 措洗：对要求高洁样.度的实蚣室.生产车问、洁净室 进行清洗;对各神要双高洁样度的底基材料的清抚：对要求高洁逢度的金属利陶盥部件进f洁洗对电子工业中的弊神徽电子和混合电路上的 扣垢进行清洗： 上妥有以卜:出、s 防止清辨后清耕表而菠重新污染造成清洗表而被重新污染的因素主要有四个 （D颗粒”垢的重新沉枳3）被含在一玺优碳方 中的扣埠所

18、河染 W清洗设备利兴具I.的河垢 污染 5 t 清洗方、法不，引起的切;染=卜而分 别对这四种情况避行分析匚5 L晰止颗粒污折的亘新沉枳为防止已被清除的颗粒污垢的巨新沉枳，在 设计清洗设备和体羿时，必须考虑到使用讪愠及 捕荻等手段，以攵工一H从表而被清除后就不M 能再沅冲同来“一般是使用高流动性的紊济或层 流的煎气流未姓一步清洗匚除去颗粒沔垢的表面, 而作为循坏使,用的抵气任须经过高IK精密过滤系 统（即如豹过滤姓理以保证氮气的高度忍停 经过过速系统批理的麒气的流动方向也必须按严 恪焜也印.曲须是队洁净区吹向污汕区清流的方 It也是从已清洁的表面吹向尚未清洗的表而,5 L爵应一氧化碳原料中的杂

19、质研究表明在一氧化碳原料中迎常是咨有碳氢 化合物等有机杂成的，因此如果使用这类未经苴 滤停化处理的一翅化碳并滋行清洗时必然会导 一氧化碳丹清洗访晶片表而有机泠垢的实验“他 扪在*晶片表而深吸洗而用和指缤卬等有机污札 并果用 F鳗光电子能谱g 分别封新制备 的rt是片、被有机污撕污染的砰晶片以及用.氧 化碳宵消洸后的徒晶片的扣染情况进行分析分 析其出&有的碳原子敬在q广q, - q符段落 的有机物所占的iT分含量分曲始果表叽 新制 备的戒晶片的有机物主/是碳原子数在q广 改落的有机物，在硅晶片表面涂敷流而脂利指纹 印等有用的斯之h,碳原子数在 如 以的有H L物 所占的百分含量比新制备的徒晶片增

20、加f卜郝 而在用二氧化破害清洗后基本上检测不出有机污 垢，不但碳螭子数在q - qa的有也L物的含呈大大 降修，而且碳原子数在& -上段落的有机物含量 也比新匏备的硅扃片上的少很多。说明用二氧化 碳年洁注不仅山大除硅晶片帛染的污染物，血旦 可以除去硅晶片上原有的有机捋染物时精除各 种有-机西垢都有很好前效果口5使用.氧化碳雪 清洗成注意的问题为正确使用一氧化碳韦帝洸应注意的问题化姓坦“三1肪止清洗设备和夹具造我的污染一轼化碳H清洗使用I的设备、部件以及钢瓶 檬般管等也都川能含有”垢颗粒J liu这些河垢颗 粒会随着流动的气体或液体二氧化碾原料经啧嘴 到达被清洗物体I“所以在安装清洗设-备之胡,

21、所 有的部件都*m 一氧化破*认真请洗过5 1炳防止发生呼污染清注i.寸程还注意以下 儿个问题A清洗过程必须避循严梧的倾序清洗的顺序是从已清洗的区域向着待清沆的 区域进行永远不能让清洗嘛射流对准一个周围 是12清流表面的未清洗区域，绘果使清洗卜来削 时帽印次将洁洁表而污染”洁洗过程也须遵循严 格的顺序而不能随意的进行.F注意防止空气中的噩气泠探由清洗过程中冷的一氧化燕T流束会六大 降低清洸表而的温度结果会造诚用用空气中的 水葱气在消扼表面冷瀛“在一艘清悦中湿汽冷凝 许不对清洗造，成重大的影响，因为在导热性日好 的清洗表面上在性不会造成湿气冷膨此在用一 氧化碟守清洗玻璃咒学镜片等早熟性不好的物体

22、、kiL.wf!,心疝加阉11二材化疆壬耳被相步成*1厚示It贸滤在化处理的二堑化碳骨近行清洗时，坚然套异 致碳旬化合物等有机如垢在清洗表而的新:积。为 了了解使用不同纯度级别的一氧化碳原料时清注 效果的影响，吕Hnnt盼别使用了炳埠保护气象 食品税、工具级、医用级和超临界流体色谱级 sro 的氧化碳原料，井用x-射缱光电子窕 诸（XI冠 府使用上述各种原料进fr二绍化碳十清 洗的卒晶片I的碳电化合物污垢避f检删分析， 为了比较酎的方便他是藏定同样大小的清洗而 枳.讦用清沆前后表而I.的碳基化合物液度的比 值作为判断河污染的大小，比值小于1才说明有 清洗效果，比值大1说明染严至）实验结杲 表印

23、降K使用I超临界流体色谱级（STO的氧优 嫉雪清洗的清晶片（g 的比值小 l外，其他 的螭料比疝都大于L所以在便用一幸化碳亏进行 玷晶片等精密工业清魂府，必须便用超纯的超临 界流体色谴级一/化碳,匚他缀却的氧化璇不 埴合.用精密清洗中：如使用其他级别的一氧化 碳证仃精密工业清洗在使用前陆须迎彳苴沌停 氧化碳声清洗破璃光学镜片等号挽性不好的物休 时，为防止施气网凝M在清洗表面附近架设热空 气喷枪或红外灯硬湿气冷凝减少到易小.但对J- 要求清除敬泳栽亚微米级泠垢粒子的希密T .北清 洗，就要求在便用一争化碳可迎n措洗的过程中 绝对不能发生湿气冷凝，囚为这将阳照微小颗粒 污垢的去除nC注意防止静电的产生瘠洗时有时由于流动的气态二甄化碳发生电 商I”使被清技表而惜有静电.情有静电的物休容 易股附恃垢而被与加麴 所以要注意防止静电的 产生：弟被清洗的样品是金牌则问题不大，只要将 拌品接上地绻静电问题即W衅哉。如果清