Läbilaskvuse väljakutse kõrgel{0}}temperatuuril jahutites
Perfluoritud soojusülekandevedelikke (Galden, Fomblin) 200 kraadi ja 5 baariga kasutatakse plasmasöövitustööriistade pooljuhtjahuti ahelates. Need perfluoropolüeetri (PFPE) vedelikud võivad tungida läbi PFA vooderdised, põhjustades turset ja muutusi omadustes. 9 pooljuhtfabi kvantitatiivne analüüs näitab, et üle 55% PFA kristallilisus vähendab PFPE läbitungimist 70% võrreldes 45% kristallilisusega, pikendades küttekeha eluiga 1 aastalt 4+ aastani 200 kraadi juures.
PFPE läbilaskvuse ja kristallilisuse korrelatsioon
PFPE molekulid (molekulmass 500-2000 Da) difundeeruvad läbi PFA amorfsete piirkondade. Suurem kristallilisus vähendab amorfset mahtu, piirates läbitungimisteed. Testimine 200 kraadi, 5 baari juures Galden HT-135-ga:
| PFA kristallilisus | Amorfne sisu | PFPE läbilaskvuskiirus (mg/cm²·päevas) | Mahu paisumine pärast 2000 tundi (%) | Tõmbetugevus pärast 2000 tundi |
|---|---|---|---|---|
| 40% (kustutatud) | 60% | 0.45 | 3.2% | 55% |
| 45% (standardne) | 55% | 0.32 | 2.5% | 65% |
| 50% (-vormitud kujul) | 50% | 0.22 | 1.8% | 78% |
| 55% (lõõmutatud) | 45% | 0.12 | 1.0% | 88% |
| 60% (aeglane-jahutus) | 40% | 0.07 | 0.6% | 94% |
Läbistusmehhanism ja vedeliku ühilduvus
PFPE vedelikud on keemiliselt sarnased PFA-ga, mistõttu on need head lahustid amorfsete piirkondade jaoks. Läbilaskvus järgib Ficki difusiooni aktiveerimisenergiaga 65 kJ/mol. 200 kraadi juures (vs . 150 kraadi) läbitungimismäär kolmekordistub. Rõhk (5 baari) suurendab läbilaskvust 20% tänu suurenenud liikumapanevale jõule.
Kristallilisuse suurendamise meetodid
| meetod | Saavutatud kristallilisus | PFPE läbilaskvuse vähendamine | Praktiline tootmiseks? |
|---|---|---|---|
| Valatud-(standardne jahutus) | 45-50% | Lähtejoon | Jah |
| Lõõmutamine (160 kraadi, 8h) | 55-58% | -55% | Jah |
| Aeglane jahtumine sulast (2 kraadi / min) | 58-60% | -70% | Jah (pikk tsükkel) |
| Lõõmutav + tuuma tekitav aine | 60-65% | -80% | Piiratud saadavus |
Seina paksus ja läbilaskvusaeg
Läbitungimisaeg vedeliku tuvastamiseks südamiku skaaladel paksuse ruuduga. 55% kristallilisusega PFA (läbilaskvus 0,12 mg/cm²·päevas):
| Seina paksus | Südamiku niisutamise aeg (200 kraadi) | Aeg dielektrilise lagunemiseni | Kasutusiga (aastaid 8000h/aastas) |
|---|---|---|---|
| 1,5 mm | 2,500h | 4,000h | 0.5 |
| 2,0 mm | 4,500h | 7,000h | 0.9 |
| 2,5 mm | 7,000h | 11,000h | 1.4 |
| 3,0 mm | 10,000h | 16,000h | 2.0 |
60% kristallilisuse tagamiseks tagavad 2,5 mm seinad 4+ aasta kasutusea.
Temperatuuri ja rõhu mõjud
| Seisund | Suhteline läbilaskvusaste (vs . 200 kraad, 5 baari) | Soovitatav kristallilisus | Seina paksus |
|---|---|---|---|
| 200 kraadi, 5 baari | 1.0x | >55% | 2,5 mm |
| 200 kraadi, 1 bar | 0.8x | >53% | 2,2 mm |
| 180 kraadi, 5 baari | 0.4x | >50% | 2,0 mm |
| 220 kraadi, 5 baari (ärritatud) | 2.5x | >60% | 3,5 mm |
Vedeliku molekulmassi mõjud
Madalama molekulmassiga PFPE läbib kiiremini. Galden HT-135 (MW 1350) läbib 1,5 korda kiiremini kui HT-230 (MW 2300). Madala MW vedelikuga kriitiliste rakenduste jaoks määrake 60% kristallilisus ja 3,0 mm seinad.
Spetsifikatsiooni juhend
For perfluorinated heat transfer fluids at 200°C, 5 bar, specify PFA with crystallinity >55% (DSC, lõõmutatud) ja seina paksus vähemalt 2,5 mm. Nõuda tarnija sertifikaati PFPE läbilaskvuskiirusele alla 0,15 mg/cm²·päevas 200 kraadi juures. Jahuti pidevaks ööpäevaringseks tööks määrake 60% kristallilisus 3,0 mm seintega. Kõrge{11}kristallilisusega PFA (20–30% üle standardse) lisatasu õigustab pooljuhtjahuti 3–4 korda pikem kasutusiga, kui planeerimata seisakukulud ületavad 10 000 dollarit tunnis. Vahelduva kasutusega uurimis- ja arendussüsteemide puhul võib standardne 3,0 mm seintega PFA ja iga-aastane PFPE analüüs olla vastuvõetav.
