مبدلهای PTFE چه نقشی در خنککردن گازهای فرآیند داغ در اگزوز رسوب بخار شیمیایی (CVD) دارند؟
پیام بگذارید
جریان اگزوز از یک محفظه رسوب بخار شیمیایی سوپ وحشتناکی از گازهای داغ، بدون واکنش و پیروفوریک مانند سیلان و فلوریدهای فلزی خورنده مانند هگزافلوورید تنگستن است. همانطور که این گاز سرد می شود، ابری از ذرات خشن، چسبنده و جامد ایجاد می کند که یک مبدل حرارتی معمولی فلزی را مسدود کرده و خراب می کند. یک مبدل PTFE برای زنده ماندن از این وحشت ساخته شده است.
در خنککننده اگزوز CVD برای مبدلهای PTFE، انتخاب مواد صرفاً یک مسئله کارآیی نیست، بلکه بقای آن در یک محیط شیمیایی متخاصم و تولید کننده ذرات است.
عملکرد خنک کننده در سیستم های تصفیه اگزوز برای CVD
جریان های خروجی از راکتورهای CVD که در پردازش مواد نیمه هادی و پیشرفته استفاده می شوند باید قبل از ورود به تجهیزات تصفیه پایین دستی خنک شوند:
اسکرابرهای مرطوب یا خشک
سیستم های پمپاژ خلاء
راکتورهای کاهش
واحدهای خنثی سازی گاز
هدف اصلی مبدل حرارتی کاهش دمای گاز به سطحی است که در آن سرعت واکنش کاهش یافته و اجزای پایین دست از آسیب های حرارتی و شیمیایی محافظت شوند.
به دلیل مقاومت شیمیایی عالی و سطح نچسب آن، پوسته PTFE-و-مبدل لوله اغلب انتخاب میشود.
چالش های شیمیایی و ذرات معلق در جریان های گاز اگزوز
جریان گازهای خروجی CVD ممکن است شامل موارد زیر باشد:
پیش سازهای پیروفوریک مانند سیلان (SiH4)
فلورایدهای بسیار خورنده، مانند WF6 (هگزا فلوراید تنگستن)
اسید هیدروکلریک (HCl) و سایر گازهای اسیدی
محصولات حاصل از واکنش شامل سیلیس، فلوریدهای فلزی و اکسیدها هستند
با کاهش دما در مبدل، این گونه ها متراکم می شوند و تحت واکنش های ثانویه قرار می گیرند تا شکل بگیرند:
ذرات غبار، ماده جامد
رسوبات ساینده کریستالی
رسوبات پلیمری چسبنده
در سیستم های فلزی کلاسیک این نوع جامدات عموماً سخت، شکننده و بسیار چسبنده هستند.
عملکرد لوله PTFE در محیط های تشکیل ذرات
در خنک کننده اگزوز CVD مبدل PTFE، بسته لوله PTFE دو مزیت مهم دارد، یعنی بی اثر بودن شیمیایی و رفتار غیر چسبنده مکانیکی.
لوله های PTFE پوستی انعطاف پذیر و در حال ریزش هستند که ذرات چسبنده و ساینده نمی توانند به آن بچسبند ...
مکانیسم های اصلی برای عملکرد هستند
انرژی سطحی بسیار کم به این معنی است که ذرات جامد به آن نمی چسبند
دیوارهای داخلی صاف مانع از هستهزایی لایههای رسوبی پایدار میشوند.
حرکت میکرو-لوله PTFE در زیر جریان به دلیل انعطاف پذیری آن.
چرخه حرارتی از طریق انبساط دیفرانسیل، پیوندهای موجود در سپرده ها را ضعیف می کند
ذرات رسوبشده به این ترتیب احتمالاً:
شکستن یا ترک تحت تنش حرارتی
اسپلاسیون به دلیل ارتعاش و ضربان جریان
به جای لایههای رسوبکننده ضخیم در جریان گاز، دوباره-حباب کنید
این اقدام خود{0}}ریختن پتانسیل انسداد طولانی مدت را تا حد زیادی به حداقل می رساند.
پیکربندی سیستم و جهت جریان
مبدل های PTFE برای سرویس اگزوز CVD معمولاً با موارد زیر ساخته می شوند:
جهت نصب عمودی
جریان گاز سمت لوله
گردش سیال خنک کننده در سمت پوسته
سرعت جریان کنترل شده برای جلوگیری از نقاط داغ
آرایش عمودی به ویژه از این نظر مفید است که گرانش به پاک کردن ذرات غیر چسبیده کمک می کند و همچنین تجمع در مکان های جدا شده را به حداقل می رساند.
کنترل دما و محدودیت های مواد
با این حال، PTFE با وجود مزایای شیمیایی، دارای محدودیت شدید دمای سرویس مداوم حدود{0}} درجه است. سیستم های خنک کننده اگزوز CVD نقش مهمی در کنترل حرارتی دارند.
تاکتیک های رایج کنترل عبارتند از:
پیش{0}}رقیقسازی گازهای داغ خروجی با جریانهای N2 خنکشده
ترتیبات خنک کننده چند مرحله ای-
پایش دمای واقعی در ورودی و خروجی
متعادل کردن جریان اطراف برای جلوگیری از گرمای بیش از حد موضعی
عدم کنترل دما ممکن است منجر به تخریب مکانیکی لوله PTFE و عمر مفید محدود شود.
نکته ایمنی: کنترل خطرات اگزوز CVD
سیستم های اگزوز CVD برای خطرات شیمیایی و فیزیکی بالا شناخته شده اند. آنها عبارتند از:
خطر اشتعال گازهای پیروفوریک (مثلا قرار گرفتن سیلان در معرض هوا)
ترکیبات فلوئور بسیار سمی و خورنده
انتشار ذرات ساینده از رویدادهای ریزش رسوبات
افزایش فشار و تغییرات دما
در نتیجه، مبدل های PTFE مورد استفاده در این برنامه اغلب در موارد زیر راه اندازی می شوند:
سازه های مهار ثانویه
سیستم های نشت یابی، پیوسته
رژیمهای تست فشار و یکپارچگی
سیستم های تهویه ایزوله و کاهش
اعتبار سنجی ایمنی به جای توجه اضافی به عنوان یک نیاز کلیدی طراحی در نظر گرفته می شود.
مزایای بهره برداری و نگهداری
سیستمهای مبتنی بر PTFE{0}}در مقایسه با مبدلهای فلزی یا سرامیکی صلب ارائه میدهند:
عملکرد طولانی مدت بین چرخه های تمیز کردن
خطر کمتر وقوع انسداد فاجعه بار
میزان کمتر مداخلات تمیز کردن مکانیکی
پایداری بهبود یافته تحت قرار گرفتن در معرض گاز خورنده
ویژگی خود{0}}ریزش رسوبات به طور قابل توجهی زمان خرابی تعمیر و نگهداری را در محیط های تولید نیمه هادی با خلوص بالا به حداقل می رساند.
چکیده
مبدل حرارتی PTFE یک سد حرارتی با ماندگاری طولانی و خود تمیز شونده{1} برای سیستمهای اگزوز CVD فراهم میکند که اجازه خنکسازی ایمن جریانهای گاز بسیار واکنشپذیر و ذرات- را میدهد. بی اثری شیمیایی و انعطافپذیری مکانیکی در خنککننده اگزوز CVD مبدل PTFE برای جلوگیری از رسوب و حفظ تجهیزات پاییندست از آسیبهای خورنده و سایشی ترکیب میشوند.
مستحکمترین فلزات آنهایی نیستند که شدیدترین جریانهای اگزوز را مدیریت میکنند، بلکه از نظر شیمیایی خنثیترین و سازگارترین مواد از نظر مکانیکی هستند. در سیستم های نیمه هادی و رسوب پیشرفته، مبدل های PTFE به عنوان یک تماس مهم بین سخت ترین محیط های شیمیایی و زیرساخت های فرآیند کنترل شده عمل می کنند.
