Очистка съемных поверхностей

Поверхности, находящие снаружи вакуумной системы, должны очищаться как можно более тщательно. Внешняя очистка включает «валовую очистку» для удаления больших количеств загрязняющих веществ, часто путем удаления некоторого количества поверхностного материала и «конкретную очистку», которая направлена на удаление конкретных загрязняющих веществ, в частности таких, как частицы или углеводороды. Чистая среда обработки и соответствующая транспортировка, а также хранение после внешней очистки - это важные факторы с точки зрения минимизации повторного загрязнения очищенной поверхности до того, как она будет помещена в вакуумную систему.

Удаление частиц

Способность удалять частицы с поверхности зависит от размера, формы и состава частиц, а также поверхности, к которой они прилипают. Удаление частицеобразующих загрязняющих веществ с поверхности лучше всего выполняется посредством механического возмущения в текущей жидкостной среде. Механическое возмущение должно выполняться в жидкостной среде, содержащей моющие вещества и смачивающие реактивы, и жидкость должна непрерывно фильтроваться. Сухая или влажная очистка щеткой часто используется для удаления частиц. Для сухой чистки щеткой используется верблюжья шерсть и мохер. Полипропилен, Teflon® и Nylon® используются для влажной очистки щеткой. Механическая чистка щеткой часто сопровождается струями жидкости под высоким давлением (15-20 МПа).

Методы обдува для удаления частиц обладают преимуществом, заключающимся в том, что они могут выполняться после того, как детали будут помещены в приспособления и даже в системе нанесения. Наилучшим средством обдува является использование профильтрованного газа из бака жидкого азота. Газ фильтруется с помощью фильтра 0,2 микрона или меньше в сопле, и сопло должно допускать ионизацию газа с помощью радиоактивного или электронного источника. Ионизированный газ должен использоваться при обдуве поверхностей изоляторов органических поверхностей для предотвращения накопления электростатического заряда на поверхности изолятора.

Как правило, распыленная жидкость является эффективной для удаления больших частиц, но неэффективной для удаления частиц меньше микрона. При ультразвуковой очистке (смотрите следующий подраздел) струйное действие, вызываемое сдувающимся кавитационным пузырьком, действует в качестве распыления жидкости под высоким давлением, которое выбивает частицу со своего места. Ультразвуковая струя хорошо удаляет большие частицы, но по мере уменьшения размера частицы до уровня меньше микрона уменьшается эффективность очистки.

Частицы могут удаляться с поверхностей посредством покрытия поверхности жидким полимером, его отверждения и последующего обдирания его с поверхности. Этот способ используется в оптической промышленности для удаления частиц с зеркальных поверхностей и защиты поверхностей от абразивного действия во время сборки. Существует много типов обдирных слоев, каждое покрытие оставляет различные остатки после обдирания и имеет разную коррозионную совместимость с поверхностями.

Очистка растворителем

Некоторые загрязняющие вещества могут удаляться с поверхностей растворителями, которые растворяют (переводят в раствор) конкретные загрязняющие вещества. Полярные растворители, в частности такие, как вода и водно-спиртовые смеси, используются для растворения ионных материалов (солей), являющихся полярными загрязняющими веществами. Неполярные растворители, в частности такие, как хлорированные растворители, состоящие из углеводородов, используются для удаления неполярных загрязняющих веществ, в частности таких, как консистентная смазка. Часто применяется смесь растворителей для растворения как полярных, так и неполярных загрязняющих веществ. Растворители могут сильно отличаться друг от друга по своей способности растворять загрязняющие вещества, и их эффективность необходимо определять посредством определения «параметра растворимости» для конкретных загрязняющих веществ. Параметр растворимости — это максимальное количество (количество насыщения) загрязняющего вещества, которое может быть растворено в конкретном количестве растворителя. В качестве растворителей используются многие нехлорированные материалы на основе углеводородов или нефти. Одним из наиболее распространенных растворителей является ацетон (С’Н,СОСИ) Ацетон весьма эффективно удаляет консистентные смазки, но имеет тенденцию оставлять остатки и является весьма пожароопасным. После очистки ацетоном или «протирания» должно следовать полоскание в метаноле или протирание метанолом для удаления остатков. Например, последовательность очистки — протирания растворителем следующая: трихлороэтилен — ацетон — метанол — изопропанол.

Хлорированные углеводородные неполярные растворители, в частности такие, как трихлороэтилен, часто являются предпочтительными по сравнению с растворителями на углеводородной или нефтяной основе из-за своей более низкой пожароопасности (т. е. более высокой точки вспышки, как это определено ASTM D1310—63). Однако в силу токсичности и канцерогенных свойств некоторых из этих материалов они должны использоваться на хорошо вентилируемых участках, или пары должны содержаться в закрытой системе рециркуляции. Летучие органические соединения (VOC) — это соединения, у которых точки кипения ниже 138 °С. Выброс VOC в окружающую среду регулируется местными законами, законами штата и федеральными законами. Для соблюдения этих норм, возможно, потребуется перерабатывать материал путем конденсации паров или термического уничтожения паров сжиганием, т. е. вместо того, чтобы выпускать их в атмосферу.

Омыляющие вещества

Щелочные очищающие вещества (как правило, на основе силиката и фосфата) — это омыля- ющие вещества, которые преобразуют органические жиры в растворимые в воде мыла. Щелочные очищающие вещества имеют pH, равный приблизительно 11, и, как правило, используются горячими. После использования щелочных очищающих веществ поверхность нужно окунуть в кислоту перед полосканием в воде, поскольку соли щелочи прочно прилипают к поверхностям. Чистые оксидные поверхности сильно адсорбируют углеводороды и моющие вещества, или растворители обычно полностью не удаляют углеводороды; щелочные или окислительные очищающие вещества должны использоваться для удаления остальных углеводородов. Сильные щелочные очищающие вещества могут травить алюминий и окисные поверхности, в особенности стекло, и концентрация раствора (pH), температура и время воздействия должны контролироваться тщательным образом.

Очистка моющими средствами

Очистка моющими средствами (мылом) является технологией сравнительно мягкой очистки. Моющее средство окружает загрязняющие вещества, переводя их в суспензию (взвесь), фактически не растворяя материал. Этому действию способствуют смачивающие реагенты и поверхностно-активные вещества, которые ослабляют крепление загрязняющих веществ к поверхности. Жидкое мыло для посудомоечной машины — это отличное моющее средство для многих видов применения, в частности таких, как очистка поверхностей полимеров. Большой проблемой, связанной с мылами, является то, что ионы металла, в частности такие, как кальций и магний, которые находятся в жесткой воде, делают мыла нерастворимыми, оставляя таким образом остаток. Во всех случаях должна использоваться деионизированная вода (DI) для очистки моющим средством, свободная от остатков. Многие моющие вещества содержат фосфаты, которые могут быть экологически вредными и подпадать под регулирование, касающееся загрязнения окружающей среды.

Поверхностно-активные вещества

Поверхностно-активные вещества — это родовое название поверхностно-активных реактивов, которые понижают межповерхностную энергию находящихся в контакте материалов. Поверхностно-активные вещества, используемые с водой, имеют как гидрофобную, так и гидрофильную группы. Они растворяются в воде благодаря своим гидрофобным группам и снижают энергию поверхности воды до приблизительно 30 мДж/м2. Поверхностно-активные вещества собираются на стыке между несмешивающимися веществами, в частности такими, как масло и вода, и снижают межповерхностную энергию. Лучше всего использовать поверхностноактивные вещества в деионизированной воде.
Регуляторы pH и хелатные соединения
В растворах используются регуляторы pH, способствующие очищающему действию. Как правило, можно прийти к выводу, что основные растворы очищают лучше, чем кислотные растворы, если речь не идет о химическом травлении. pH очищающего раствора часто регулируется до основного с помощью аммиака или гидроксида аммония. Хелатные соединения сохраняют в растворе обычно нерастворимые фосфаты, которые образуются при очистке моющим веществом в жесткой воде. В растворе для очистки стекла часто используются хелатные соединения, в частности такие, как этилен диамин тетраацетатная кислота и лимонная кислота с солями, содержащими суррогаты гидроксила и амина.

Реактивная очистка

В реактивной очистке используются жидкости, газы, пары или плазмы для реакции с загрязняющим веществом, в результате чего образуется летучий или растворимый продукт реакции.