超临界CO2清洗技术概述-苏州市实钧芯微电子

超临界CO2清洗技术概述-苏州市实钧芯微电子

简介：超临界二氧化碳清洗机，凭借其高效环保的特点，实现了清洗与干燥的完美结合。它能够深入清洗复杂结构的物件，对极性分子有良好溶解能力，并可通过添加助溶剂进一步提升清洗效果。适用于制药、食品、化妆品等行业，特别适用于热敏和压敏物件。超临界二氧化碳清洗机不仅清洗效率高，而且操作简便，无需干燥和溶剂后处理，展现出广阔的应用前景。

产品优势如下（苏州实钧芯微电子半导体设计及定制生产）：

1. 清洗与干燥一步完成：超临界二氧化碳清洗技术实现了清洗和干燥操作的无缝衔接，大大提高了生产效率。

2. 高效溶解能力：超临界二氧化碳对有机物和极性分子具有良好的溶解能力，能够有效去除各种污垢。

3. 环保节能：该技术不产生有机溶剂挥发，不涉及有毒和易燃溶剂，且二氧化碳可循环使用，符合环保和节能要求。

4. 安全可靠：操作温度不高，适用于热敏性物件的清洗，同时高压系统确保清洗过程安全可靠。

5. 应用广泛：超临界二氧化碳清洗技术可应用于制药、食品、化妆品等多个行业，展现出广阔的市场前景。

清洗在工业生产中是至关重要的环节。目前，工业清洗主要采用有机溶剂清洗和水溶液清洗。有机溶剂多为挥发性有机化合物（VOC）和含卤素的氯氟烃（CFC）溶剂，全球每年使用数百万吨。这些溶剂对臭氧层的破坏和大气污染十分严重。1987年，世界各国签署的《蒙特利尔公约》规定了这些溶剂的禁用时间表。水溶液清洗则需要复杂的表面活性剂配方，干燥时间长，金属容易生锈，并会形成二次污染，增加设备和处理成本。因此，研究和开发环境友好的清洗剂和清洗方法已成为当务之急。

超临界CO2（SCCO2）是一种可以替代VOC和CFC的清洗剂，具有诸多优势。SCCO2对有机物有较好的溶解能力，在清洗过程中对各种材料性能稳定，粘度低且扩散性高，表面张力低，润湿性好，能够轻易渗入待清洗材料内部，有效去除死角污垢。清洗后无需干燥且无残留。

1. 超临界流体的特性

超临界流体是指物质在其临界温度和临界压力以上时的一种特殊流体状态。超临界流体的密度比气体高数百倍，接近液体，粘度接近气体，扩散系数约为气体的1%，比液体高数百倍。一般来说，超临界流体的密度越大，其溶解度越高。在恒温下，超临界流体中物质的溶解度随压力增加而增加。通过调节温度和压力，可以使溶解度在102到103倍的范围内变化。超临界流体的这些特性带来两大应用优势：一方面，目标物（如污染物）最大限度地溶解于超临界流体中，提高操作效率；另一方面，通过适当减压和降温，可以轻松使目标物与超临界流体分离。此外，超临界流体的流动和传递特性接近气体，使目标物在超临界流体中的分配迁移加速，提高生产效率。

超临界二氧化碳（SCCO2）是指处于临界压力（7.38MPa）和临界温度（31.1℃）以上的CO2。SCCO2的动力学性质与气态CO2相似，具有低粘度、小表面张力和高传输速率等特点。同时，SCCO2分子间距离和相互作用特性与液态CO2相近，密度与液态CO2相当，对材料表面的有机污物和一些无机污物有较强的溶解能力。

2. 超临界CO2清洗工艺

超临界CO2清洗工艺分为间歇式和半连续式两种。其基本工艺流程如图1和图2所示。流程中的主体设备清洗罐是一个高压设备，操作压力一般为10~25MPa，操作温度一般在40~80℃。清洗罐顶盖设计为快开结构，便于拆装；被清洗件通常装在一个料筐中，通过顶盖放入清洗罐中。

在间歇操作中（图1），液态CO2从储罐流出，通过高压泵和加热器，使其压力和温度达到规定的操作压力和操作温度，成为超临界流体（压力>7.38MPa，温度>31.1℃），然后进入清洗罐。超临界CO2与清洗罐内的被清洗物件充分接触，通过渗透、溶解等作用剥离污染物，混合物通过减压阀适当减压后，在分离罐中进行分离。分离出的纯气体CO2经冷却器冷凝成液态CO2后，进入高压泵入口循环使用，污染物从分离罐底部排出。该流程在装卸被清洗件时系统需暂停操作，故称为间歇式操作。

在半连续操作流程中（图2），增设了一个清洗罐。打开阀1和阀3，关闭阀2和阀4，则清洗罐1处于清洗操作状态，而清洗罐2可进行卸料、装料操作。同样，打开阀2和阀4，关闭阀1和阀3，则清洗罐2处于清洗操作状态，而清洗罐1可进行卸料、装料操作。这样反复交替进行，系统整体操作是连续的，而每个清洗罐是间歇的，因此称之为半连续式操作。

3. 超临界CO2清洗技术的详细应用与优势

超临界CO2清洗技术因其独特的物理和化学特性而引起了广泛关注。在超临界状态下，二氧化碳的密度接近液体，而其扩散系数则类似气体，使其能够快速渗透到材料表面及微小缝隙中。这一特性使得超临界CO2在清洗过程中能够有效去除油脂、油脂类污染物、有机溶剂残留物及部分无机物。此外，超临界CO2的非极性特性使其对非极性污染物有更高的溶解能力，因此在处理这类污染物时效果尤为显著。

在实际应用中，超临界CO2清洗技术已经广泛应用于半导体制造、精密机械、光学元件和医疗器械等领域。这些领域对清洗效果要求极高，因为任何微小的污染物都可能影响产品性能和可靠性。超临界CO2清洗技术能够彻底去除这些污染物，并且不会损害被清洗物，因此受到了广泛认可和应用。

此外，超临界CO2清洗技术还具有环保和节能的优势。由于其使用的是自然存在的二氧化碳，不会对环境造成污染。与此同时，清洗过程中无需使用有害的化学溶剂，因此不会产生有害的废液和废气。超临界CO2清洗效率高，能在较短时间内完成清洗过程，从而节约能源和时间成本。

综上所述，超临界CO2清洗技术是一种高效、环保、节能的清洗方法，具有广阔的应用前景和市场需求。