Ar gyfer Meinciau Gwlyb Lled-ddargludyddion sy'n Defnyddio Dŵr Deionized Poeth (95 gradd ), A all Gwresogyddion Titaniwm Achosi Halogiad Ion Metel sy'n Mwy na 0.1 ppb?

Mae angen dŵr pur iawn (UPW) ar feinciau gwlyb lled-ddargludyddion gyda lefelau halogiad ïon metel o <0.1 rhan y biliwn (ppb) ar gyfer camau proses hollbwysig megis glanhau wafferi, ysgythru a stripio. Mae rinsio'n cael ei wneud gyda dŵr wedi'i ddadïoneiddio a chedwir tymheredd y bath mewn gorsafoedd gwlyb ar 95 gradd. Mae gwresogyddion trochi titaniwm yn ddeniadol i'r gwasanaeth hwn oherwydd eu gwrthiant cyrydiad a dargludedd thermol uchel. Fodd bynnag, pryder sylweddol yw'r posibilrwydd y bydd titaniwm yn trwytholchi i'r dŵr ultrapure, a allai fod yn fwy na'r terfyn isel iawn o 0.1 ppb ar gyfer metelau trawsnewid sy'n achosi gollyngiadau cyffordd a diffygion giât ocsid. Yn yr astudiaeth hon, mae cyfradd rhyddhau ïonau titaniwm o wresogyddion titaniwm Gradd 2 a Gradd 7 mewn dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio 95 gradd C yn cael ei fesur a phenderfynir a ellir defnyddio gwresogyddion titaniwm mewn meinciau gwlyb lled-ddargludyddion heb effeithio ar burdeb dŵr.

Mecanwaith rhyddhau titaniwm mewn dŵr glân iawn
Mae titaniwm yn ffurfio ffilm TiO2 goddefol thermodynamig sefydlog mewn dŵr wedi'i ddadïoneiddio â gwrthiant uchel (18.2 MΩ·cm, cyfanswm solidau toddedig < 1 ppb). Ond nid yw'r ffilm yn gwbl anadweithiol. Mae'r ocsid yn dadelfennu'n gemegol yn araf: TiO 2 + 2H 2 O → Ti(OH) 4 (hydawdd) Mae'r rhywogaeth titaniwm hydoddedig, fel arfer ïonau Ti(OH)₄ neu TiO²⁺, yn mynd i mewn i'r dŵr ar gyfradd sy'n dibynnu ar dymheredd, pH ac ansawdd dŵr. Mae hydoddedd TiO 2 amorffaidd tua 1-5 ppb fel titaniwm ar pH niwtral a 95 gradd. Dyma'r crynodiad ecwilibriwm; mae'r gyfradd rhyddhau wirioneddol o wresogydd yn dibynnu ar gyfradd llif dŵr, arwynebedd, ac a yw'r dŵr yn cael ei ailgyflenwi'n barhaus (unwaith drwodd) neu ei gylchredeg.

Electrochemical tests demonstrate that titanium Grade 2 has a passive current density of 0.01-0.05 µA/cm² in deionized water (resistivity >18 MΩ·cm, ocsigen toddedig 8 ppm) ar 95 gradd. Mae'r cerrynt hwn yn cyfateb i doddi titaniwm o 0.003-0.015 mm y flwyddyn, yn amherthnasol o ran trwch wal y tiwb ond yn sylweddol o ran halogiad ïon metel. Trosi o ddwysedd cerrynt i ryddhau ïon: 0.05 μA/cm² × 1 awr × arwynebedd arwyneb yn rhoi tua 0.09 ng/cm² titaniwm toddedig bob awr o weithredu.

Crynodiad Titaniwm wedi'i Fesur mewn Gwasanaeth Mainc Gwlyb
Cafwyd canlyniadau meintiol o brofion rheoledig ar feinciau gwlyb gradd lled-ddargludyddion gyda system ddŵr wedi'i ddad-ïoneiddio sy'n ailgylchredeg ar 95 C. Cafodd y crynodiad titaniwm ei fonitro dros gyfnod o 1,000 o oriau gan sbectrometreg màs plasma wedi'i gyplysu'n anwythol (ICP-MS, terfyn canfod 0.01 ppb) mewn 4 kW, gwresogydd trochi titaniwm 1,805 mm, 4 kW cm2 arwynebedd) yn rhedeg mewn mainc wlyb 100 litr yn ailgylchredeg ar 20 L/munud.

Daeth cynnwys titaniwm yn sefydlog ar 0.06-0.10 ppb ar ôl y goddefiad cyntaf (24 awr gyntaf). Roedd samplu bob 24 h yn rhoi darlleniadau rhwng 0.05 a 0.12 ppb, gyda chyfartaledd o 0.08 ppb. Arweiniodd beicio thermol (gwresogydd i ffwrdd wedyn) at godiadau achlysurol i 0.15 ppb. Ar y cyflwr cyson o 95 gradd roedd y crynodiad titaniwm cyfartalog ar neu ychydig yn is na'r lefel 0.1 ppb.

O dan yr un amodau, roedd rhyddhau titaniwm o ditaniwm gradd 7 (Ti-0.15Pd) yn 0.03-0.07 ppb, ac roedd rhyddhau palladiwm yn is na'r terfyn canfod o 0.01 ppb. Priodolir y gyfradd rhyddhau is i'r ffilm goddefol fwy sefydlog ar Radd 7 oherwydd effaith cathodig palladium.

Ffactorau Sydd Uwchben y Terfyn 0.1 ppb
Gall amrywiaeth o sefyllfaoedd gweithredol achosi crynodiad titaniwm i fod yn fwy na 0.1 ppb:

Y toriad cychwynnol-yn y cyfnod: Bydd gwresogyddion titaniwm newydd, ffres yn gollwng 0.3-0.8 ppb titaniwm yn y 48-72 awr gyntaf wrth i'r ffilm oddefol sefydlogi. Mae gosod baddonau proses gritigol yn gofyn am rag-oddefiad trochi 72 awr yn UPW 95oC.

Beicio Tymheredd: Mae pob cylch oeri/ailgynhesu yn torri i lawr y ffilm oddefol gan arwain at gynnydd dros dro o ryddhad 0.15-0.25 ppb sy'n dadfeilio dros 4-6 awr. Mae meinciau gwlyb sy'n beicio eu gwresogyddion ymlaen ac i ffwrdd lawer gwaith y dydd yn fwy na'r terfyn 0.1 ppb am gyfnodau hir o amser.

llif cyfyngedig neu amodau llonydd - Mewn systemau ailgylchredeg, gyda throsiant cyfyngedig, mae titaniwm yn cronni hyd at hydoddedd ecwilibriwm. 0.2-0.3 ppb ar ôl 500 awr mewn baddon 100 litr gyda gwresogydd titaniwm a dim lluniaeth o'r dŵr.

gwibdeithiau pH o dan 5.0 neu dros 9.0: Mae hydoddedd titaniwm yn cynyddu'n fawr y tu allan i pH niwtral. Gall pH y dŵr deionized sy'n amsugno CO2 o'r aer fod yn 5.5-6.0, sy'n cynyddu rhyddhau titaniwm gan ffactor o 2-3.

Mae dŵr deocsigenedig (Nitrogen purged) yn cynyddu rhyddhau Ti gan ffactor o 5-10. Ocsigen Toddedig o dan 1 ppm Dylai meinciau gwlyb lled-ddargludyddion fod yn dirlawn yn yr aer.

Matrics cais gwresogyddion titaniwm ar gyfer meinciau gwlyb lled-ddargludyddion
Ffurfweddiad Mainc Gwlyb Nod Ansawdd Dŵr (Ti) Math Gwresogydd Disgwyliedig Crynodiad Ti Cydymffurfio?
llif parhaus, unwaith drwodd, 95 gradd<0.1 ppb Grade 2, pre-passivated 0.05-0.10 ppbYes, by a margin.
Bath wedi'i ailgylchu 95 gradd newid dŵr wythnosol<0.1 ppb Grade 7 pre-passivated 0.03-0.07 ppb Yes
Bath wedi'i ailgylchu, 95 gradd, dim newid dŵr<0.1 ppb Grade 2 or Grade 7 0.15-0.25 ppb after 500 hr Not applicable
Beicio thermol aml (4+ cylchred/diwrnod)<0.1 ppb Grade 7 + continuous DI flush 0.08-0.12 ppb Marginal
Golchwch giât ocsid critigol (nod is-0.05 ppb)<0.05 ppb Quartz or PTFE heater 0.01-0.02 ppb (quartz) Not recommended: titanium
Unrhyw wasanaeth gyda glanhau nitrogen (O2 isel)<0.1 ppbN/A Quartz or sapphire Titanium unsuitable
Strategaethau Lliniaru ar gyfer Cydymffurfio
Ar gyfer meinciau gwlyb gan ddefnyddio gwresogyddion titaniwm gyda<0.1 ppb titanium, the following techniques are effective:

Cyn-passivation Rhedeg gwresogyddion newydd mewn tanc UPW 95 gradd ar wahân am 72-96 awr cyn gosod, gan newid dŵr bob 24 awr . Gwaredu dŵr passivation.

Gweithrediad Llif Parhaus: Ffurfweddu meinciau gwlyb ar gyfer gweithrediad gwaedu unwaith -trwodd neu uchel, nid ailgylchredeg heb ei adnewyddu. Defnyddir cyfradd gwaedu o 5 i 10% o gyfaint/awr bath i atal titaniwm rhag cyrraedd crynodiad ecwilibriwm.

Gweithrediad tymheredd cyson: Peidiwch â beicio'n thermol. • Defnyddiwch -ddelw pŵer isel wrth gefn i gadw gwresogyddion ar 95 gradd drwy'r amser, hyd yn oed yn ystod cyfnodau segur.

Rheoli pH: Cynnal dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio ar pH 6.5-7.5 gan ddefnyddio sgwrio CO2 neu ddad-nwyo mewnol. DIM glanhau N2 heb ail-ocsigeniad.

Triniaeth arwyneb: Arwynebau titaniwm electropolished (Ra<0.2 µm) release 30-50% less titanium than pickled or as-drawn surfaces because of the smaller surface area and fewer active sites.

Ar gyfer dŵr poeth wedi'i ddad-ïoneiddio ar 95 gradd ar feinciau gwlyb lled-ddargludyddion, gall gwresogyddion titaniwm goddefol addas (Gradd 2 neu Radd 7) gyfyngu ar halogiad ïon titaniwm i 0.1 ppb neu is gyda llif parhaus neu ailgylchrediad gwaed uchel a chylchrediad thermol lleiaf. Mae gan Radd 7 ystod fwy (0.03-0.07 ppb) na Gradd 2 (0.05-0.10 ppb). Ar gyfer baddonau wedi'u hailgylchredeg, heb adnewyddu dŵr neu ar gyfer cymwysiadau beicio thermol aml, bydd gwresogyddion titaniwm yn > 0.1 ppb a dylid cyflenwi gwresogyddion cwarts neu PTFE. Gofynnwch am ddogfennaeth y passivation (dull ac amser) ar titaniwm gwresogyddion ar gyfer gwasanaeth lled-ddargludyddion a nodi arwynebau electropolished. Ni argymhellir titaniwm ar gyfer unrhyw radd ar gyfer prosesau giât ocsid critigol gyda<0.05 ppb metal targets.