Puslaidininkių, farmacijos ar kosmoso švariose patalpose net smulkios dalelės ar išmetami garai gali sugadinti gaminį. Šiose aplinkose naudojamos kaitinimo plokštės turi būti pagamintos iš medžiagų ir apdailos, kurios sumažina užteršimo riziką ir užtikrina tikslią šiluminę charakteristiką. Iš standartinės pramoninės kaitinimo plokštės gali išsiskirti dalelės, lakūs junginiai arba paviršiaus nelygumai sulaikyti teršalus -visa tai nepriimtina kontroliuojamoje aplinkoje. Su švariomis patalpomis suderinamos šildymo plokštės reikalauja apgalvoto dizaino pasirinkimo visais lygmenimis.
Pagrindiniai švarių patalpų šildymo plokščių užteršimo pavojai
Trys pirminiai užteršimo mechanizmai yra svarbūs šildymo plokštėms:
Dalelių generavimas– Atsparios dalelės nuo metalinių paviršių, dangų ar judančių dalių patenka į orą ir nusėda ant jautrių gaminių.
Išmetimas– Lakieji organiniai junginiai (LOJ) arba kiti garai, išsiskiriantys iš medžiagų aukštesnėje temperatūroje, kondensuojasi ant paviršių arba pakeičia proceso chemiją.
Paviršiaus taršos gaudymas– Šiurkštūs arba porėti paviršiai išlaiko daleles ir juos sunku nuvalyti, todėl gali kryžminė tarša tarp partijų.
Kiekviena iš šių pavojų turi būti pašalinta pasirenkant medžiagas, apdailinant paviršių ir sandarinant komponentus.
Medžiagos pasirinkimas švarios patalpos šildymo plokštėms
Medžiagų pasirinkimą lemia mažas dalelių išsiskyrimas, atsparumas korozijai ir minimalus dujų išsiskyrimas. Paprastai nurodomos šios medžiagos.
Nerūdijantis plienas (pageidautina 316 l)
Nerūdijantis plienas, ypač 316L klasės (mažai anglies), yra plačiausiai naudojama švarių patalpų šildymo plokščių medžiaga. Jis pasižymi puikiu atsparumu korozijai, dideliu mechaniniu stiprumu ir santykinai mažu dalelių susidarymu. Skirtingai nuo aliuminio, nerūdijantis plienas nesukuria minkšto oksido sluoksnio, kuris gali nulupti. Tais atvejais, kai reikalingas magnetinis neutralumas, atkaitintos austenitinės klasės (304, 316) yra nemagnetinės.
Nerūdijančio plieno paviršius gali būti pasyvuotas arba elektropoliruotas, kad būtų dar labiau sumažintas dalelių sukibimas. Pasyvavimas pašalina laisvą geležį nuo paviršiaus, o elektropoliravimas sukuria lygią, mikroatspindinčią apdailą, atsparią užteršimui. Naudojant švarias patalpas, nerūdijantis plienas 316L dažnai nurodomas su elektropoliruotu paviršiumi (Ra Mažiau arba lygus 0,5 µm).
Aliuminis (ribotas naudojimas)
Dėl puikaus šilumos laidumo aliuminio kaitinimo plokštės kartais naudojamos žemesnės kokybės švariose patalpose (ISO 7 arba 8 klasė). Tačiau aliuminis turi keletą trūkumų: jis yra minkštesnis nei nerūdijantis plienas, lengviau išmeta daleles, o anoduotos dangos gali įskilti ar sluoksniuotis. Jei naudojamas aliuminis, kietai anoduota danga (III tipas) su tinkamu sandarinimu gali būti priimtina, tačiau elektropoliruotas nerūdijantis plienas išlieka geriausiu pasirinkimu kritinėse aplinkose.
PTFE ir kiti fluoropolimerai
PTFE paprastai yra suderinamas su švariomis patalpomis, jei tinkamai apdorojamas. Jis yra chemiškai inertiškas, ženkliai neišsiskiria esant žemesnei nei 260 laipsnių temperatūrai ir turi mažą trinties koeficientą, kuris sumažina dalelių susidarymą kontaktuojant. Tačiau PTFE danga ant metalinių plokščių turi būti dengiama atsargiai. Blogai surišta PTFE danga gali sluoksniuotis arba sluoksniuotis, sudarydama daleles. Reikalingos aukštos kokybės purškiamos PTFE dangos su grublėtu pagrindu arba grunto sluoksniu. Arba kietos PTFE plokštės (nepalaikomos) gali būti naudojamos žemos temperatūros švariam šildymui, nors šilumos laidumas yra prastas.
Paviršiaus apdailos reikalavimai
Švarios patalpos šildymo plokštės paviršiaus apdaila tiesiogiai veikia dalelių sulaikymą ir valomumą. Lygus paviršius turi mažiau įtrūkimų, kuriuose gali kauptis dalelės, ir jį lengviau nuvalyti tirpikliais arba švarių patalpų servetėlėmis.
Elektropoliruota apdaila– Auksinis švarių patalpų šildymo plokščių standartas. Elektropoliruojant pašalinamas plonas metalo sluoksnis, išlyginamos mikroskopinės viršūnės ir slėniai. Elektropoliruota nerūdijančio plieno plokštė pasiekia net 0,1–0,4 µm paviršiaus šiurkštumą (Ra). Procesas taip pat sukuria chromo turtingą oksido sluoksnį, kuris atsparus korozijai ir dalelių sukibimui.
Pasyvuota apdaila– Cheminis apdorojimas, kuris pašalina laisvą geležį ir atkuria pasyvų oksido sluoksnį. Pasyvavimas žymiai nesumažina paviršiaus šiurkštumo, tačiau sumažina dalelių polinkį elektrostatiniu ar cheminiu prilipimu.
Mechaninis poliravimas– Priimtinas mažiau reiklioms švarioms patalpoms. Mechaninis poliravimas (pvz., #4 apdaila) pasiekia 0,5–1,0 µm Ra, tačiau gali likti kryptingų įbrėžimų, kurie sulaiko daleles. Pirmenybė teikiama elektropoliravimui, o ne vien mechaniniam poliravimui.
Grubus, valcuotas arba smėliu išlietas paviršius netinka švarių patalpų šildymo plokštėms.
Išmetamųjų dujų kontrolė esant aukštai temperatūrai
Kaitinimo plokštės veikia aukštesnėje temperatūroje, o tai pagreitina lakiųjų junginių išsiskyrimą. Visos plokštės surinkimui naudojamos medžiagos,{1}}įskaitant klijus, tepalus, laidų izoliaciją, šiluminės sąsajos medžiagas ir sandarinimo tarpiklius,{2}}turi būti mažai išmetamų dujų.
NASA ASTM E595 standartas yra plačiai minimas dėl suderinamumo su švariomis patalpomis. Šiuo bandymu matuojamas bendras masės nuostolis (TML) ir iš vakuumo ir karščio veikiamos medžiagos surinkta lakioji kondensacinė medžiaga (CVCM). Švarios patalpos šildymo plokštėms paprastai yra priimtinos medžiagos, kurių TML < 1,0 % ir CVCM < 0,1 %.
Konkretūs komponentai, kuriems reikalingas mažai išmetamųjų dujų kiekis, yra šie:
Laido izoliacija– Pirmenybė teikiama PTFE arba poliimido (Kapton) izoliuotiems laidams, o ne PVC arba standartiniam polietilenui.
Šiluminės sąsajos medžiagos– Grafito pagrindu pagaminti trinkelės arba keraminiais{0}}su silikono lakštai, kurių dujos išsiskiria mažu kiekiu.
Klijai– Jutiklio tvirtinimui naudojamos epoksidinės medžiagos, sukurtos didelio vakuumo aptarnavimui (pvz., EpoTek H77).
Tepalai– Jei yra kokių nors judančių dalių (pvz., išlyginimo varžtų), nurodomi perfluorpolieterio (PFPE) tepalai, tokie kaip Fomblin arba Krytox.
Labai svarbu vengti standartinių pramoninių juostų, termiškai susitraukiančių vamzdžių su lipniais įdėklais ir angliavandenilių pagrindo tepalų.
Sandarinimo ir korpuso dizainas
Elektros jungtys, temperatūros jutikliai ir šildytuvo gnybtai turi būti uždari, kad būtų išvengta dalelių susidarymo iš vidinių komponentų. Švarios patalpos šildymo plokštę paprastai sudaro sandari jungiamoji dėžutė arba gnybtų gaubtas su šiomis savybėmis:
IP65 arba aukštesnė apsauga nuo patekimo– Nelaidus dulkėms ir apsaugotas nuo vandens čiurkšlių. IP65 užtikrina, kad dalelės, susidarančios gaubto viduje (pvz., dėl relės kontaktų ar laidų dilimo), nepateks į švarią patalpą.
Lygūs išoriniai paviršiai– Korpuso kampai turi būti užapvalinti ir poliruota apdaila, kad būtų išvengta dalelių spąstų.
Hermetiški perėjimai– Ten, kur laidai eina per gaubto sienelę, suspaudimo arba stiklu užsandarinti įvadai apsaugo nuo nuotėkio.
Teigiamo slėgio išvalymas (pasirinktinai)– Esant kritinėms reikmėms, gaubtą galima prapūsti švariu sausu oru arba azotu, kad visos vidinės dalelės būtų išmestos per filtrą, o ne į švarią patalpą.
Švarios patalpos šildymo plokščių projektavimo kontrolinis sąrašas
Šiame kontroliniame sąraše apibendrinami pagrindiniai dalykaišvarių patalpų šildymo plokščių dizainas.
| Kategorija | Reikalavimas | Tipiškas sprendimas |
|---|---|---|
| Plokštės medžiaga | Mažas dalelių išsiskyrimas, atsparus korozijai | Nerūdijantis plienas 316L |
| Paviršiaus apdaila | Lygus, lengvai valomas, atsparus sukibimui | Elektropoliruotas (Ra Mažesnis arba lygus 0,4 µm) arba pasyvuotas |
| Išmetimas | TML < 1,0%, CVCM < 0,1% pagal ASTM E595 | PTFE laidų izoliacija; mažai dujų išskiriantys klijai; PFPE lubrikantai |
| Dangos (jei naudojamos) | Jokio pleiskanojimo, delaminacijos ar dalelių išsiskyrimo | Aukštos kokybės PTFE su gruntu; arba nepadengtas nerūdijantis plienas |
| Elektrinis gaubtas | Nelaidus dulkėms; nėra dalelių emisijos | IP65 arba IP67 reitingas; lygūs išoriniai paviršiai; hermetiški perėjimai |
| Tvirtinimo detalės | Jokių palaidų dalelių iš siūlų | Sraigtai; arba nesiliejanti užrakinimo įranga |
| Valomumas | Suderinamas su švarių patalpų servetėlėmis ir tirpikliais | Nėra aštrių kampų, plyšių ar akytų paviršių |
Gamyba ir surinkimas švariomis sąlygomis
Švarios patalpos šildymo plokštės surinkimas turėtų būti atliekamas švarioje aplinkoje. Valymas ir pakavimas po surinkimo yra labai svarbūs. Po galutinio surinkimo plokštė paprastai yra:
Ultragarsu valomas dejonizuotame vandenyje arba tinkamu tirpikliu
Skalaujama izopropilo alkoholiu
Džiovinami laminarinėje orkaitėje
Dvigubas maišelis švarių patalpų polietileno arba antistatiniuose maišeliuose
Montuojant bet kokį darbą reikia mūvėti švarioje patalpoje suderinamas pirštines, kad ant plokštės paviršiaus nepatektų alyvos ar dalelių.
Dažni spąstai, kurių reikia vengti
Naudojant aliuminio plokštes su anoduotomis dangomis– Anoduoti sluoksniai gali įtrūkti dėl terminio ciklo, išskirdami abrazyvines daleles.
Standartinių silikoninių RTV sandariklių naudojimas– Daugelis silikoninių sandariklių išskiria mažos molekulinės masės siloksanus, kurie užteršia optinius ar elektroninius paviršius.
Nesandarių gnybtų dėžučių montavimas– Standartinis NEMA 1 korpusas leidžia dalelėms išeiti ir turėtų būti pakeistas IP65 klasės dėžute.
Tvirtinimo elementų švaros nepaisymas– Standartiniai cinkuoti varžtai pašalina daleles; reikalingi nerūdijančio plieno varžtai pasyvuotais paviršiais.
Išvada
Švarios patalpos šildymo plokštėms reikia atidžiai stebėti medžiagas, apdailą, dujų išsiskyrimo savybes ir sandarinimą, kad būtų išlaikytas aplinkos grynumas. Nerūdijantis plienas 316L su elektropoliruotu arba pasyvuotu paviršiumi yra tinkamiausia medžiaga dėl mažo dalelių išsiskyrimo ir atsparumo korozijai. PTFE galima naudoti kaip dangą arba kaip vientisą plokštę tik tuo atveju, jei naudojamas be pleiskanų pavojaus. Visi elektros korpusai turi būti užsandarinti iki IP65 ar aukštesnio lygio, o visi nemetaliniai komponentai (laidų izoliacija, klijai, tepalai) turi atitikti mažo dujų išmetimo standartus, pvz., NASA ASTM E595. Užteršimo kontrolė taikoma kiekvienam proceso komponentui-nuo plokštės medžiagos iki tepalo ant varžto sriegio. Tinkamai suprojektuota švarios patalpos šildymo plokštė leidžia tiksliai reguliuoti šilumą nepakenkiant aplinkai be dalelių, kuri yra būtina puslaidininkių, farmacijos ir kosmoso gamybai.
