轉(zhuǎn)載 真空材料的清洗

1、轉(zhuǎn)載 真空材料的清洗原文地址:真空材料的清洗作者:靚仔1.1概述清洗一般定義為在真空工藝進(jìn)行前，先從工件或系統(tǒng)材料表面清除所不期望的物質(zhì)的過程。真空零部件的表面清洗處理是很必要的，因?yàn)橛晌廴疚锼斐傻臍怏w、蒸氣源會使真空系統(tǒng)不能獲得所要求的真空度。此外，由于污染物的存在，還會影響真空部件連接處的強(qiáng)度和密封性能。暴露于大氣中的表面普遍受到污染，表面上任何一種無用的物質(zhì)或能量都是污染物。表面污染就其物理狀態(tài)來看可以是氣體，也可以是液體或固體，它們以膜或散粒形式存在。就其化學(xué)特征來看，它可以處于離子態(tài)或共價態(tài)，可以是無機(jī)物或有機(jī)物。污染的來源有多種，最初的污染常常是表面本身形成過程中的一部分。吸附現(xiàn)

2、象、化學(xué)反應(yīng)、浸析和干燥過程、機(jī)械處理以及擴(kuò)散和離析過程都使各種成分的表面污染物增加。比較常見的真空材料表面上的污染物具體有以下幾種類型。油脂:加工、裝配、操作時沾染上的潤滑劑、切削液、真空油脂等;水基類:操作時的手汗、吹氣時的水汽、唾液等;表面氧化物:材料長期放置在空氣中或放置在潮濕空氣中所形成的表面氧化物;酸、堿、鹽類物質(zhì):清洗時的殘余物質(zhì)、手汗、水中的礦物質(zhì)等;拋光殘?jiān)碍h(huán)境空氣中的塵埃和其它有機(jī)物等。清洗的目的是為了改進(jìn)真空系統(tǒng)中所有器壁和其它組件表面在各工作條件下的工作穩(wěn)定性。這些工作條件包括:高溫、低溫、以及電子、離子、光子或重粒子的發(fā)射和轟擊。清洗后要求得到的表面可分為兩類:原子

3、級清潔表面和工藝技術(shù)上的清潔表面。原子級清潔表面僅能在超高真空下實(shí)現(xiàn)。它需要在嚴(yán)格控制的環(huán)境條件下進(jìn)行，一般通過較長的時間過程，采用如加熱、粒子轟擊、濺射、氣體反應(yīng)等技術(shù)手段在特定的表面區(qū)域獲得原子級清潔表面。通常的實(shí)際應(yīng)用一般并不要求獲得原子級清潔表面，僅要求工藝技術(shù)上的清潔或較好的表面質(zhì)量，即保證所有的表面盡可能沒有微觀結(jié)構(gòu)物質(zhì)，并且使清洗后表面的各種分子約束得更緊密，在基體相上沒有明顯的化學(xué)物質(zhì)。一般情況下，在一切需要使用溶劑的清洗工作都不能在真空中進(jìn)行。如果在真空中進(jìn)行清洗(通常采用加熱、轟擊等手段)，那么清洗通常是在真空工藝系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行的(如鍍膜室、分析室等)。1.2表面清洗的基本方

4、法1.2.1溶劑清洗用溶劑清洗是一種應(yīng)用最普遍的方法。在該方法中使用各種清洗液，它們分為:軟化水或含水系統(tǒng):例含洗滌劑的水，稀酸或堿;無水有機(jī)溶劑:如乙醇、乙二醇、異丙醇、甲酮、丙酮等;石油分餾物、氯化或氟化碳?xì)浠?乳狀液或溶劑蒸氣。金屬清洗劑(市售商品):這種清洗劑分為酸性、堿性和中性偏堿等三類。其用途分別為:酸性:多用于清洗氧化物、銹和腐蝕物;堿性:含有表面活性劑，用于清除輕質(zhì)油污;中性偏堿:可避免酸堿對表面的損傷。所采用的溶劑類型取決于污染物的本質(zhì)。例如:表面上的動植物類油可用堿溶液化學(xué)去油;礦物油類可用有機(jī)溶劑去除。但實(shí)際上兩類油脂經(jīng)常同時存在，所以在清洗時往往需要先后采用數(shù)種不同的

5、溶劑。1.2.1.1擦洗和浸洗除去表面污物的最簡單方法是用脫脂棉(或干凈軟紗布)浸溶劑擦拭表面。這種方法最適宜作預(yù)清洗，即清洗程序的第一步。浸泡清洗也是一種簡單而常用的清洗技術(shù)。浸泡清洗的基本設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。一個用玻璃、塑料或不銹鋼制成的開口容器，裝滿清洗液，將被清洗的零件放入清洗液中，攪動或不攪動均可，浸泡短時間后，從容器中取出擦干或晾干?？芍貜?fù)上述過程。除了水基和有機(jī)溶劑清洗液外，還可以用各種強(qiáng)度的酸(從弱酸到強(qiáng)酸)及其混合物;苛性堿溶液等。下面介紹幾種常見的浸洗方法。堿液去油將零件浸入堿液時，由于堿液與油脂的化學(xué)作用可使動植物油轉(zhuǎn)化為脂肪酸鹽類(皂化作用)，這些鹽類能溶解于水，

6、從而能使零件除去油脂達(dá)到凈化的目的。以氫氧化鈉(苛性鈉)為例，其反應(yīng)方程如下:(c17h35coo)3c3h5+3naoh=c3h5(oh)3+3c17h35coona硬脂酸酯氫氧化鈉甘油硬脂酸鈉(肥皂)礦物油與氫氧化鈉不起皂化作用，但可通過乳化作用達(dá)到部分去油的目的。其原理是因?yàn)閴A溶液對金屬表面的浸潤力_要比礦物油強(qiáng)，所以當(dāng)金屬零件浸入堿溶液時，零件表面的油膜遭到破壞，而聚集形成很小的油滴，雖然不溶解于堿液，但呈懸浮在溶液中(即乳化作用)。當(dāng)然乳化作用的去油效果不如皂化作用好。常用的堿溶液有氫氧化鈉(naoh)或氫氧化鉀(koh)(濃度為50100g/l)、碳酸鈉(na2co3)、碳酸鉀(k

7、2co3)(濃度100150g/l)。清洗時溶液的濃度不宜過高，濃度過高會使金屬零件表面生成氧化膜，并且使生成的肥皂不易溶解而凝聚在零件表面上。如果將溶液加熱到7080，可提高所生成肥皂的溶解度，并能促使堿液循環(huán)，大大加強(qiáng)去油效果。另外攪拌也能促進(jìn)去油過程，攪拌可使圍繞金屬表面的溶液經(jīng)常更新，而且由于機(jī)械力量的作用，能從金屬表面攪去個別油滴。零件在堿液中停留時間取決于零件表面油污情況及金屬性質(zhì)。一般為35min，多的可達(dá)3040min。有的金屬成分容易在堿液中溶解(如鈉)，因此清洗時不但時間宜短，而且溶液的濃度與溫度亦應(yīng)降低。金屬零件從堿液中取出后應(yīng)立即在溫水中徹底清洗，洗凈堿液，然后再用冷水

8、清洗。若清洗后金屬表面不全被水浸潤(表面有水滴)，則表示油污尚未除凈，應(yīng)再次進(jìn)行處理。去油后的零件不能在空氣中露置時間過長，以免表面氧化。目前已普遍采用合成洗凈劑去油。用合成洗凈劑與水以一定比例配成溶液，將待去油的零件放入溶液中加熱到沸騰，煮1015min(或用超聲波振動2030min)，可獲得良好的去油效果。有機(jī)溶劑去油有機(jī)溶劑能夠溶解礦物油和動植物油，通?？膳c堿液去油配合使用。用有機(jī)溶劑去油法，經(jīng)常用來第一次去油，然后再用堿溶液去油，這樣可以縮短零件在堿液中的去油時間。也有在堿液去油后重新用有機(jī)溶劑去油的，使礦物油經(jīng)乳化后更徹底地去除。常用的有機(jī)溶劑有:三氯乙烯(c2hcl3)、四氯化碳(

9、ccl4)、丙酮(c3h6o)、乙醇(c2h5oh)、汽油、苯等?；瘜W(xué)侵蝕一般在去油后進(jìn)行化學(xué)浸蝕，浸蝕的溶液通常用酸堿，目的是去除金屬表面的氧化物。浸蝕的原理為:大多數(shù)金屬的氧化物以及金屬本身能被適當(dāng)?shù)乃釅A溶液所溶解(起化學(xué)反應(yīng))。浸蝕溶液的選擇需根據(jù)金屬材料的性質(zhì)決定。大多數(shù)的金屬浸蝕處理在酸性溶液中進(jìn)行，但是某些金屬材料則適用堿性溶液進(jìn)行浸蝕處理。氧化物與酸反應(yīng)生成鹽和水，金屬與酸作用生成鹽與氫氣。在處理中為了避免金屬表面吸收氫氣變脆和過度腐蝕，浸蝕時溶液的濃度、溫度以及浸蝕時間都需要作適當(dāng)?shù)目刂?。根?jù)浸蝕的程度，浸蝕可分為兩種:弱浸蝕:多數(shù)在稀溶液中進(jìn)行。主要溶去的是金屬表面的氧化物，

10、而金屬本身浸蝕很少。因此金屬表面結(jié)構(gòu)沒有改變，去掉雜質(zhì)后就可以顯露出光潔的表面。強(qiáng)浸蝕:多數(shù)在濃溶液中進(jìn)行。浸蝕時，除了金屬表面的氧化物外，還可將金屬表面層溶解掉，因此浸蝕后金屬表面比較粗糙而無光澤。在工件表面進(jìn)行表面涂覆處理時，一般用強(qiáng)浸蝕處理，因?yàn)闈崈舻拇植诒砻婵梢栽黾油繉拥母街?。配制化學(xué)浸蝕溶液的幾種常用的酸有:鹽酸、硫酸及硝酸等，它們都具有強(qiáng)氧化性和強(qiáng)酸性。1.2.1.2噴射(淋)清洗噴射清洗過程利用運(yùn)動流體施加于小粒子上的剪切力來破壞粒子與表面間的粘附力，粒子懸浮于湍流流體中，被流體從表面帶走。通常用于浸泡清洗的溶劑也可用于噴射清洗。增加清洗介質(zhì)的噴射壓力和相應(yīng)的液流速度則使清洗效

11、率提高，所用的噴射壓力約350kpa。高壓液體噴射對清除小到5m的粒子是非常有效的方法。在某些情況下，高壓空氣或氣體的噴射也很有效。1.2.1.3超聲波清洗超聲波清洗提供了一種清除較強(qiáng)粘附污染的技術(shù)方法。這種清洗工藝可產(chǎn)生很強(qiáng)的物理清洗作用，因而是振松與表面強(qiáng)粘合污染物的非常有效的技術(shù)。在超聲清洗工藝中，可以根據(jù)污染物種類的不同，選擇純水、有機(jī)溶劑清洗液或無機(jī)酸性，堿性和中性清洗液作為清洗介質(zhì)。為了強(qiáng)化清洗效果，有時還在清洗液中加入金剛砂研磨劑。清洗液可按以下原則選取:表面張力小，對聲波的衰減小，對油脂的溶解能力大，無毒、無害物質(zhì)。超聲波清洗設(shè)備由超聲波發(fā)生器(換能器)和清洗槽組成。超聲清洗是

12、在盛有清洗液的不銹鋼槽中進(jìn)行的，清洗槽底部或側(cè)壁裝有換能器，這些換能器將輸入的電振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動輸出。清洗用超聲波的工作頻率一般在2040khz之間。a.超聲波用于清洗的主要原理是:超聲空隙作用。由于彈性介質(zhì)的機(jī)械振動，超聲波在清洗介質(zhì)中傳播時使介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相互交替的疏密的分布變化，介質(zhì)中的壓力也交替變化。介質(zhì)液體在稀疏處受到拉力而形成大量瞬時的空隙氣泡，介質(zhì)液體在稠密處受到壓力使氣泡閉合，由于振動的頻率很高，壓密和拉疏過程在極快地變動，使得大量空隙氣泡在瞬間破碎，產(chǎn)生很強(qiáng)的爆破沖擊波，波譜為連續(xù)譜加上離散譜。這由小的內(nèi)向爆裂氣泡所產(chǎn)生的瞬時壓力可大到幾個大氣壓甚至幾十個大氣壓。正是利用這個

13、巨大的瞬時壓力產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力量及氣泡瞬時閉合所產(chǎn)生的局部高溫作用，破壞工件表面的油膜等污染物，使之脫離表面被沖落到清洗溶液中，從而使工件表面達(dá)到凈化。由于聲波本身具有能進(jìn)入復(fù)雜構(gòu)造異形孔道的特點(diǎn)，所以超聲波清洗可以清除復(fù)雜有孔零件內(nèi)部的污染物，這是一般清洗方法所無法實(shí)現(xiàn)的。b.超聲清洗的功率:超聲空化作用在物理本質(zhì)上是聲場中產(chǎn)生的空波的非線性振動以及破滅的二次輻射沖擊波。從宏觀的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系來說，換能器系統(tǒng)將吸收的電功率，轉(zhuǎn)換成清洗介質(zhì)中的聲功率，如圖1所示。從圖中可以看出，在一定范圍內(nèi)，聲功率wt隨著輸入電功率wd的增加而增加，即輸入功率的增加將在清洗介質(zhì)中(界面處)產(chǎn)生較高的氣泡成穴密度

14、，這反過來又提高了清潔效率。但是在聲空化達(dá)到一定程度(wc)時，電功率再增加，聲功率也不再增加，而且還有下降的趨勢。因此，在同樣規(guī)格的清洗槽中，使用相同的清洗介質(zhì)時，并非超聲輸入功率越大，清洗效果就越好，而是應(yīng)該選擇一個合適的功率。c.超聲波頻率:在超聲波清洗設(shè)備中，工作頻率的選擇會直接影響到清洗效果。從超聲清洗機(jī)理而言，所選擇的頻率要有利于氣泡的產(chǎn)生、發(fā)育和破滅，保證一定的空化效應(yīng)。從聲場而言，必須保證獲得均勻聲場。如果選擇的工作頻率過高，則不利于絕大多數(shù)氣泡的形成發(fā)育，氣泡不破滅或雖破滅但產(chǎn)生的沖擊波太小;但是如果工作頻率選的過低時，雖然低頻產(chǎn)生的氣泡及沖擊波大，但是噪聲也大，對工作環(huán)境有

15、較大影響。常用的工作頻率為410mhz。1.2.1.4蒸氣脫脂清洗蒸氣脫脂主要適用于清除基片表面油脂膜和類脂膜等碳?xì)浠?，對于帶有牢固附著污染物和污染的很?yán)重的基片，當(dāng)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。這種方法經(jīng)常用于玻璃的清洗工序的最后一步。蒸氣脫脂設(shè)備基本上是由底部具有加熱元件和頂部周圍繞有水冷蛇形管的開口容器組成。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(fā)，形成熱的高密度蒸氣，頂部的水冷管用來阻止和減少蒸氣損失。蒸氣脫脂清洗操作方法簡單?？纱笈壳逑?，是得到高質(zhì)量清潔表面的好方法。其清洗效率可用測定摩擦系數(shù)的方法來檢驗(yàn)。另

16、外還有暗場檢驗(yàn)、接觸角和薄膜附著力測量等方法，這些值越高，清潔表面越好。1.2.2電化學(xué)清洗處理1.2.2.1電解浸蝕采用電解浸蝕方法可以縮短浸蝕時間及減少溶液的消耗，并可以得到化學(xué)浸蝕所不易得到的浸蝕效果。如不銹鋼采用化學(xué)浸蝕方法，需用強(qiáng)硝酸和鹽酸浸蝕，所產(chǎn)生的氣體對人體有害，而用電解浸蝕則用弱酸即可。電解浸蝕分為陽極浸蝕和陰極浸蝕兩種。陽極浸蝕是將被清洗的金屬零件放在某種溶液中，并將零件接在電源的正極，陰極板材料可用鉛、鋼或鐵。電解時在陽極產(chǎn)生氧氣，由于受氧氣氣泡的機(jī)械沖擊作用從而將氧化物剝離。浸蝕通常在室溫下進(jìn)行，也可加熱至5060，浸蝕時間需根據(jù)工件表面狀況而定。陰極浸蝕是把工件接至陰

17、極，用鉛、鉛銻合金或硅鐵作陽極。浸蝕時在陰極上產(chǎn)生氫氣將氧化物還原并消除氧化層。同時也由于氫氣逸出時的機(jī)械力量使氧化層脫落。電解浸蝕常用的是陽極浸蝕法。陽極浸蝕法需注意浸蝕過度及浸蝕不均勻的問題，尤其是形狀復(fù)雜的零件。陰極浸蝕不會產(chǎn)生過度浸蝕，但零件容易產(chǎn)生滲氫發(fā)脆現(xiàn)象。電解浸蝕的效果取決于金屬表面氧化層的狀態(tài)，如果氧化層厚且密集，則電解浸蝕較難去除，疏松而多孔的氧化層則容易去除。在其它條件相同的情況下，調(diào)節(jié)電解浸蝕中的電流大小，就可以調(diào)節(jié)浸蝕的強(qiáng)弱。得到不同光潔度的表面。電解浸蝕所用的電源電壓通常為212v，極間距離為50150mm?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)電壓和極間距離來達(dá)到去除金屬表面氧化層的目的。如果用電解浸蝕方法去油，則效率比化學(xué)去油高好幾倍?？梢杂脡A液作為電解液，電源可用交流或直流。直流電解的去油速率比交流快。電解去油的原理是:電解時在作為零件的電極上劇烈地產(chǎn)生氣泡(陽極產(chǎn)生氧氣，陰極產(chǎn)生氫氣)，零件上附著的油脂薄層因受氣泡機(jī)械力的沖擊而破壞，同時油脂亦和堿液起皂化和乳化作用，加速了去油過程。如用直流電源進(jìn)行電解去油時，常把被清洗的零件接至陰極。電解去油常用的堿液配方如下(與堿液去油相同):燒堿(naoh)60g/l;純堿(na2co3)20g/l;氰化鈉(nach)20g/l;水玻璃(na2sio3)8g/l工藝參數(shù)為: