高纯气体输配管路系统用电化学抛光不锈钢管

|维普贽讯 rmp:|12低温与特气 1993 MM5M 再循环（再生及基它氧气用于煤气比：氧气用于洁净处理 绘污染的土壤*液氮柢温粉薛橡胶，翹料.法国液化空气公司和美国普莱克斯公 司梏出，80年代由于出现了各种环保亲例* 使碍他们在环境领域的工作得列迅速发 展.通常*氧用于提高燃烧散率.可减少 NCX发生SU氨气用作憎性气氮卡液氮用于 冷体有礙的废弃物.199Q年* BOC为环境 工作建立了 BOC基金.煩初基金为100万 英緘根据APCI 1992年年度报告.在环境 和能量系统方面的背业收人加上合资公司 的收入.苴税前利润已达1200万美元.而 1991年位为400万美元。气体在治理环境方面育两大优点.在 生产和使用时对环境几乎没有或覘本没有 危害根据这-观点.吕家气体公司都在致 力于环境保护工作.梁畐仑编译|维普贽讯 rmp:|12低温与特气 1993 MM|维普贽讯 rmp:|12低温与特气 1993 MM|维普贽讯 rmp:|12低温与特气 1993 MM工艺与设备高纯气体输配管路系统用电化学抛光不锈钢管至书伟一.仃匕工粹光明化工研兗昕大谨 115031）电比学曲比不轉钢誓巳曲为输追鬲噫气体的更曼售线.对这种警和床它方楼业理的警进行了比较.圍述了电化学抛光 的机理和电化学拋光;善不吸驳Plh不产生验子污燥的性斛*用前酸和发厲方向，指出国内外产乩的羔异.I主題词土高纯体*电化学抛光.菅路系统.杂质,粒子p Q o匸怒）- _一 _- L U一一 一 * _ _ q、|维普贽讯 rmp:|12低温与特气 1993 MM|维普贽讯 rmp:|12低温与特气 1993 MM1前言随着电子行业的发展.高纯气体输配气 管路系统作为亚微米级大规棋集成电路生产 工艺设备的重要组成部分，已得到了充分重 视。国外在八十年代，集成电路线宽巳由 和m、1-m降到0.沖m *大规模生严已由 256K DRAM. M DRAM 进到 4M DRAM. 因此.对于生产过畏中所使用气体中的杂质 气、杂质水以及金展粒子、尘埃粒子的含址 要求也越来越严格.即要求“趙纯J “趙 净化髙纯气库在便用过思中无论是直接用管 线输送到用气地点还是充装钢瓶后再运送到 用气地点.能否确保气休的质量不变，输配 气管线的内表面质量有着极苴童要的影响.5EMI标准规足，超大规模集成电路级 营道输送的氮气和氨气中粒子含址标准为粒 琵的粒子数少于0. 7个/升和粒径 0. I.um的粒子数少于0. 35个/升.国外亚徽米级集成电路制造用爲纯气体 中的杂质控制指标巳进入到10级显然.高纯气体的输送要达到这样的控 制指标.必须对输气管路进行特殊处理国 外内表面经持殊处理的不锈钢管在电子行业 巳经得到广泛应用.特别是内表面电化学拋 光阴不锈钢诗，其应用正呈上升趋势.美国、 口鼻、英国、够国等一些发达国家都有专门 厂家生产内表面电化学抛光的不锈钢洁净 營* 1939年日本这种管线的月销售额已达 1500万美元口尽管其价格昂贵.但由于其 性能优越，因此.在奇科技领域的应用越来 越广.2不锈钢管的处理方法众所周知，不锈钢管使用的大多是Ft Cr-Ni系合金不饬钢之所以“不锈S匯因 为其中的钻在空气中自然氧化砒成一层厚 （20-40） XlQ m主宴成盼为CrQ的氧 代膜，阻止了不锈钢基岸的腐蚀*未经特殊 处理的不锈钢管內表面可能附有锈蚀点*非 金属杂质及其它污染物，梵表面自然范成的 氧化膜也并非结构紧密的、耐蚀性较强的、均 匀的Cr,6膜，而是夹杂着结构松散的 Cr*O八F耳0小Ni.O,的視合物*另外，也 存柱着来自金属基体本身的缺陷、如位错，晶 间夹杂瓠这样的管线即像用普通的除油、酸 诜方怯处理也难以彻庙改善其表面不良状 态.如果用于高纯气输气系统丫必然会对气 体质量产生不良的影响 一方面，由于温度 变化和各种因素的影响+这些粘附物会对杂 质气、水份等产生吸、脱附效应*另一方面, 其本身也会披气流冲击或其它因素彩响导致 分解.并随魁流不断皱带到用气地点在高 纯供气系统中密用非特殊处理的不锈钢營 线.弋体中的杂质氧和水含量都会大大增加. 尘埃粒子量也会大大增加-316L不锈钢和铜 管在输送气体过程中气悴中的尘埃粒子见表 1：3*1督材含尘量比较ot十f升1牛/升*0 120. 310500, 12tl. &91031tL0. 120.44400.3650鉴于以上原因，必须对高纯气辅配系统 用不锈钢管进行特殊处理.通常*高纯尧输 配系统舟不锈制管大多采用处甲I20mm 的不锈钢管，管线长*内孔匣小，对Jt内表 面处理带来了许多不利因素.目前.不锈钢 管的处理方法大致有以下几种：机械拋光、光 亮退火、化学酸洗抛光、业化学施光级复合 抛光等.机械抛光：是采用机械的手段.如使用 碇转磨具或使用高压气流带动金刚砂吹过管 道研磨*机械拋光时.由于抛光介质頼粒的 压力，一些凹下去的部位受到压力.发生蓼 性变形而使金属表面平滑*这些塑性变形 区在外力如高压气流冲击作用下，特变成潜 在的金属粒子、尘埃粒子发生源.光亮退火：是特殊拉拔生产的管线ff 线在生产过程中使用悄性气体予以保护.W 防在拉拔管线时炽热的管线披大气中的氧气 所氧化.在不锈钢电化学抛光管未研制出以 前，国外在高纯气输送系统中大多使用这种 管.化学酸洗、抛光是以化学的手段.在 定条杵下便金属表面溶解掉一层。这种处 理方法的选择面比较宽化学配方的不同、环 境条件的不同、金属表面状态的不同.最终 会产生不同的效果。梵缺点在于：酸洗抛光 过程中，金属表面放岀的氢会不同程度地进 入其基体内部从理论上着，由于不锈钢由 几种死憲组虑*每种元素在酸法、抛光液中 的陪解能力不同，经处理肓*其表面呈不等 电位状态*并继续保持这种状态.尽管酸洗 拋光后再钝化可改善这些不良状态+但钝化 处理并不能完全除去酸洗抛光处理中的原始 变质层和氢牝层.电化学拋光*是一个由许多可变参数 （电解槪成份、温度“电流密度、金属或合金 成分、搅样等）控;W的阳极溶解过程，通过 电解溶解件用恢复金属基体的理想性能.生 成一种非常致密的、稳定的氧化物主要成| 维普资讯 h ttp:/ffl 1电化学折光鹰于迁暮示凰情路柑料M *皆踣元索*含特痒拉拔特1477电优学tft光啊誓10电化学拋光不鶴啊嘛20寓需曽擋3W 平剤审曾描Fe、O MiiU Mn不锈钢电化学牠光:实际上是一个級茸复表g是管路事先在流动空气（含 S0.0.05%.相对湿度100%中放置烈天. 受到污集后再在经过滤的2中放置1天后 所做出的同样试验的1W况.*Cfj03膜层。电化学曲光可除去金属表面 的非金属彖质留下一牛完整的抛光董面丫并 具有低出气的持性。电化学抛光后.当表面 受力时.进入敏感的钢中的氢比化学抛光法 的少怛是电化学牺光井不能在很大程度 上改善金属表面的粗虢度.有资料介绍“其 改善程度在XlOpm至之间同.芨合施光：是机械与化学或电化学摊光 相结合的抛光方式*待别是机桢电化学拋 光，不仅可获得良好的金属表面层.而且可 大大提高金属的表面光洁度.3电化学抛光机理在电化学抛光过程中不锈钢作为阳极， 发生阳极溶解.实脸证明*其表面披高粘度 披薄的祇膜彷所薇凱这种液膜的应份有 别于抛光號，是金属基体与枷光液之何离子 兗换的中间悴.一方面.金厲溶解成为金属 屬于并穿过“臧膜片进入抛光战中，另一方 面，拋光槪中的阴關子穿过“液膜到达金 厲表面并发生电比学反应（如图1所示戸 微观上金属表面凸凹不平凸部附着的“被 膜”薄。凹部附着的厚。在电化学抛光过程 中.凸部离子迂移所经过的途径短，凹部离 子迁移的途径刪长沪因此，单位时间内凸部 鏈子的交换较凹部的耍邹，自然凸部的金属 洛解得快，从而使金属董面趋于平滑代*表 面光洁度増加。杂的过程、不可能考虑到所有发生的电化学 反应但可根摇实际过程中反应的基本原理 写岀如下简单楔型:叫1*钻原子苗解转移至抛光液中； Cr=Crfl + 6e2. 6从阳极表面析出；4OH=（M + 刃 IQ + 2生純牝膜在阳摄表面生眩2Cr+6OHJ =Cr?O,丰 3 HQ + 尿总之*电化学抛光避免了不锈钢表面 膜层下氯化物的存在消除了氢化作 用，并将其表面原有的松散的氧化篠完全除 去，取而代之的是稳定的、致密的C?口O*钝化4性能及应用高纯气有两个重要指标一是杂质气、杂 质水的含逐.另一希唧是金属粒子、生埃粒 子的含量&内表面经电化学拋光赴理的不蕾 钢替由于生成了高稔定性的 抑制 了内表面杂质气和杂质水的吸附和产生* 同时也不产生杂质粒子。表2是过濾的氮气经过6- 096m长的管 路、岀口处采集分析到的杂质粒子诙.表2管路出口处大于如m的粒子个/立方英尺| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/低温与特气 1993 W43在环境影响下箸路出的粒子个/立方英尺番踌材料非曹路元*會电化审楣北钢善3(1003000电化学Itt光S1SL不擁帶管6Q表2,表3表明.在输送高纯吒体系统 中，电比学抛光的倉材优于特殊拉拔的营林* 电化学抛光的不锈钢管明显优于铜管.正是曲于电化学拋光営的优异特性*使 其在商科技研究、生产中起着重要作用，敲 来越受到人们的重视.国外.塩达的国家如 英、日、美、裁等自E0年代中期相讎开发研 制出不锈钢管内表面电化学拋光技术，但都 视为技术诀窮，不予公开。目前匚国外兆位 级生产线上使用的特殊拉拨光亮退火管正在 被电化学拋光管所胞代X日本辄气公司与日本钢管公可联合研制 出内表面电化学抛光不锈钢管其内表面粗 糙度Re A 1蛀光亮退火管RaO. 5命ft 学酸社管R沙.T叫口本神户制钢所研制 出RhMO弋即皿的电化学抛光管，应用干 IBM和E4MDRAM供咒系统据称出该管 对杂质气及水份不吸附U Ultra pure Sy&- tems公司生产出CQ UltraclecnT，v,电化学拋 光管已投放市场*其表面粗糙度有百R自和 两种U1BM在法国的工厂用内表面电 化学拋光的不锈钢管输送气体*管道长达 12km-11 *国内的气体输送系统中输气昔线有的 采用进口电化学拋光管，有的采用机械拋光 管或化学酸洗融光管.有的仅便是用脱脂处 理的不锈钢管。电化学拋光管在国内还是一 个薄弱环节.尚未见有文字报道已研制出电 化学抛光不锈钢管.化工部光明化工研究所自1弼!）年在实 验室中研制出內表面电化学拋光的不锈钢 营，几年来经一些单位如中科院北京半导体 所、艮春物理所.沈阳科学何我厂等在 MOCVD系统屮使用证明.效果良好。1990 年，已将这种管线应用到中日合资大连精工 电子有限公司的高纯2终端纯化系统中* 该系统 *p25X2 Sitlitlh, yl8X 2mmp6X Imm 输气管线14G余米（输气量20m3/h）及 0. 3m*容积的稳爪鑼、002m1容积的分制 的内表面均采用电此学胞光技术处理.口方 提出的技术托标要求终端U障杂质ChO. 5 X10 水的露点 结果达到并超过 了日方提岀的技术指折*首次取寻了百米以 上输送高纯气体其纯度/不衰减杯的成杲*经 二年多使用证明，效果良好。1991年又将这 种电化学抛光管应用于中港合资大连灌威有 限公司的供汽系统中比工部光明代工研究 所还W y6X lnam, 3X0. 5mm的电化学抛 光管用于气相色谱分折系统中，不但置换时 间大大编短，测得的杂质杂质水的准确 度也大大提高*5结束语高科技的发展有赖于与之相关的基础工 业的发展.现在国外对高纯气体输气管线的 研制工作巳进入一个更新的层次。一方面寻 求新型合金.改善欄料自身的性能，降低捞 料本身的缺陷*提高耐廨性*另一方面改善 林料嗣逍工艺*宴行真空熔炼技术，以防在 熔炼过理中金属吸收气体、非金属杂质掺杂, 在表面处理方面开展新的工作，找出更好的 电化学抛光工艺。目前，国内在现有条件下，还无法大批 量生产出Ra0.2gm的内表面电化学抛光 不锈钢管，主要问题是基材本身太粗糙*尽 管电化学抛光后在一定范围内提高了其表面 光洁度，但距国外同类产品的水平还有一定 距离”解决这一问题还需钢管制逍厂家的合 作”提高基材本身的表面光洁度。现阶段丫我国的电子行业辰展水平较发 达国家还有一定距离，随着我国经济的发展.| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/,低温与特气1993 他415合成氨弛放气综合利用一期工程的回顾与展望| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/李-志攀四川优工总成鼻航D301)总结了叫川化工总厂大或台虫氨竟龍气绦台利用一期工程的理诽试车K生产中的程蜀敦训分析了址搓華的原因.荷 岀了裳覽的芙軒扯关营词*合成氨，弛放综合利用，回顾，展望| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/四川化工总厂合成氨葩放气综合利用一 胡工程是我国第一套从大型合成輒弛放弐中 回收氢氮气和氨气的国产化综合利用装置* 由于是首次设计和建设这种大型牝装置，因 此，很有必要总结其经脸教训，供有关人员 参考q1概况该工程是化工部批程建设的，由化工部 第六设计院设计I总投资1316万元*后因弛 放气量和夭然气纽份变牝较大，对设计作了 相应修改.化工部对此改批为技措项目，计 划总投资定为99氐92万元.本装置是四川化工总厂二优分厂30万 t合成氮配套弛放气综合利用装置，工程R 分两期建设B第一期工程是回收弛放气，年 产180万m3氮气和副产7500t合成氨的氢 氮气、鵰0万nf燃料气和昭0S稀氨水.第 二期工程是以富氢气为原料生产双轼水，再 提童.并联产液氢，同时开規高纯氢、氮、甲 烷及氮毎等特种气体.该工程由四川化工总厂建筑安装公司承 建。于19E4年】0月破土动工*建筑面积 6530m 工艺设备11G台，工艺外管 16398mc 19B6年底基本建成，1987年初开始 单休试车.由于部分设备、仪表和低氮透平 压第机缺陷较多，到当年9月底才开始局部 设备吹扫.试压、脱脂等*因进口的两台调 节阀和台变送器、7个安全阀迟迟未到 货*系统裸玲于吗朋年3月才开始试车*又 由于多种原因的越响，先后髡8次棵拎.直 到8月底才裸冷合格，见表匚| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/电子行业必将有一个较大的飞跃可以预见 在不久的将来，国内市场对电化学抛光不锈 铜管的需求量将大大增加.因此，还需要不 斷完善技术，提高产品质董，以适应更高的 要求.本文写作过程中得到架国仑高圾工程师 的指导，衣此表示感谢。举考文献1 梁BI仑.低遠与特丸，1952. (4K 19Z Mtlil Fim*hmg 1950* 關(4). 31S23 张PtJ,低沮与WX 1990-3539J(WMJ电魅按术杂範出袒社址師性注译.宴用电豐枝术.北京.国的工业出版社 19酷5 Meul Finishing. M甜，873836 蚯凰与特弓、 199 汀九 30357 衰 1S技术.1990. 41 (裁 J032068 持弋俐琨，1940 (5 9109 Solil Stste Techuolflfy 1937 * 30 (7)T10日本醱章轉式会社产品目汞.1900 993年9月15日收稿)