Pooljuht-, farmaatsia- või kosmosepuhasruumides võivad isegi väikesed osakesed või gaasilised aurud toote rikkuda. Nendes keskkondades kasutatavad kütteplaadid peavad olema valmistatud materjalidest ja viimistlusest, mis minimeerivad saastumise riski, pakkudes samas täpset soojuslikku jõudlust. Tavaline tööstuslik kütteplaat võib eraldada osakesi, eraldada lenduvaid ühendeid või kinni hoida saasteaineid pinna ebatasasustesse -mis kõik on kontrollitud keskkondades vastuvõetamatu. Puhasruumiga ühilduvad kütteplaadid nõuavad igal tasandil teadlikke disainivalikuid.
Peamised saastumise riskid puhaste ruumide kütteplaatides
Kütteplaatide puhul on olulised kolm peamist saastemehhanismi:
Osakeste genereerimine– Metallpindade, katete või liikuvate osade lahtised osakesed levivad õhku ja settivad tundlikele toodetele.
Väljalaskmine– Lenduvad orgaanilised ühendid (LOÜ) või muud materjalidest kõrgel temperatuuril eralduvad aurud kondenseeruvad pindadele või muudavad protsessi keemiat.
Pinnasaaste püüdmine– Karedad või poorsed pinnad säilitavad osakesi ja neid on raske puhastada, mis põhjustab partiide vahelise ristsaastumise.
Kõigi nende riskidega tuleb tegeleda materjali valiku, pinnaviimistluse ja komponentide tihendamisega.
Puhasruumi kütteplaatide materjali valik
Materjali valiku põhjuseks on vajadus vähese osakeste eraldamise, korrosioonikindluse ja minimaalse väljalaske järele. Tavaliselt on ette nähtud järgmised materjalid.
Roostevaba teras (316L eelistatud)
Roostevaba teras, eriti klass 316L (madala süsinikusisaldusega), on puhasruumide kütteplaatide jaoks kõige laialdasemalt kasutatav materjal. See pakub suurepärast korrosioonikindlust, suurt mehaanilist tugevust ja suhteliselt vähest osakeste teket. Erinevalt alumiiniumist ei moodusta roostevaba teras pehmet oksiidikihti, mis võib lahti tulla. Magnetneutraalsust nõudvate rakenduste puhul on austeniitklassid (304, 316) lõõmutatud olekus mittemagnetilised.
Roostevaba terase pinda saab passiveerida või elektropoleerida, et veelgi vähendada osakeste adhesiooni. Passiveerimine eemaldab pinnalt vaba raua, samal ajal kui elektrooniline poleerimine loob sileda, mikropeegeldava viimistluse, mis on saastumiskindel. Puhaste ruumide rakendustes on roostevaba teras 316L sageli ette nähtud elektropoleeritud viimistlusega (Ra vähem kui 0,5 µm või sellega võrdne).
Alumiinium (piiratud kasutusega)
Alumiiniumkütteplaate kasutatakse nende suurepärase soojusjuhtivuse tõttu mõnikord madalama kvaliteediga puhastes ruumides (ISO klass 7 või 8). Alumiiniumil on aga mitmeid puudusi: see on pehmem kui roostevaba teras, heidab kergemini osakesed välja ning anodeeritud katted võivad puruneda või helvestada. Alumiiniumi kasutamisel võib kõva anodeeritud kate (tüüp III) olla sobiva tihendusega vastuvõetav, kuid elektropoleeritud roostevaba teras jääb kriitilistes keskkondades parimaks valikuks.
PTFE ja muud fluoropolümeerid
PTFE sobib üldiselt puhta ruumiga, kui seda korralikult töödeldakse. See on keemiliselt inertne, ei eraldu märkimisväärselt temperatuuril alla 260 kraadi ja sellel on madal hõõrdetegur, mis vähendab kokkupuutel osakeste teket. PTFE-katteid metallplaatidele tuleb aga kanda ettevaatlikult. Halvasti seotud PTFE-kate võib kihistuda või helvestada, tekitades osakesi. Vaja on kvaliteetseid pihustatava PTFE katteid, millel on karestatud aluspind või kruntkiht. Alternatiivina võib puhta ruumi madala temperatuuriga kütmiseks kasutada tahkeid PTFE-plaate (toetuseta), kuigi soojusjuhtivus on halb.
Nõuded pinnaviimistlusele
Puhasruumi kütteplaadi pinnaviimistlus mõjutab otseselt osakeste peetust ja puhastatavust. Siledal pinnal on vähem pragusid, kuhu osakesed võivad kinni jääda, ja seda on lihtsam maha pühkida lahustite või puhastuslappidega.
Elektropoleeritud viimistlus– Puhasruumide kütteplaatide kullastandard. Elektropoleerimine eemaldab õhukese metallikihi, tasandades mikroskoopilised tipud ja orud. Elektropoleeritud roostevabast terasest plaat saavutab pinna kareduse (Ra) 0,1–0,4 µm. Protsess loob ka kroomirikka oksiidikihi, mis on vastupidav korrosioonile ja osakeste adhesioonile.
Passiveeritud viimistlus– Keemiline töötlus, mis eemaldab vaba raua ja taastab passiivse oksiidikihi. Passiveerimine ei vähenda oluliselt pinnakaredust, küll aga vähendab osakeste kalduvust elektrostaatiliselt või keemiliselt kleepuda.
Mehaaniline poleerimine– Vastuvõetav vähem nõudlikesse puhastesse ruumidesse. Mehaaniline poleerimine (nt #4 viimistlus) saavutab Ra väärtuseks 0,5–1,0 µm, kuid võib jätta kriimustusi, mis püüavad osakesed kinni. Elektropoleerimine on eelistatud ainult mehaanilisele poleerimisele.
Karedad, valtsitud või liivavalatud pinnad ei sobi puhaste ruumide kütteplaatide jaoks.
Gaaside väljutamise juhtimine kõrgendatud temperatuuridel
Kütteplaadid töötavad kõrgendatud temperatuuridel, mis kiirendab lenduvate ühendite väljutamist. Kõik plaadikoostu juures kasutatavad materjalid,-sealhulgas liimid, määrdeained, juhtmeisolatsioon, termilise liidese materjalid ja tihendustihendid-peavad olema madala gaasieraldusega.
NASA ASTM E595 standardile viidatakse laialdaselt puhta ruumi ühilduvuse osas. See test mõõdab kogumassi kadu (TML) ja kogutud lenduvat kondenseeruvat materjali (CVCM) vaakumile ja kuumusele avatud materjalist. Puhasruumide kütteplaatide puhul on üldiselt vastuvõetavad materjalid, mille TML < 1,0% ja CVCM < 0,1%.
Konkreetsed komponendid, mis nõuavad madala väljalaskevõimega sertifikaati, on järgmised:
Traadi isolatsioon– PTFE või polüimiid (Kapton) isolatsiooniga juhtmeid eelistatakse PVC-le või tavalisele polüetüleenile.
Termilise liidese materjalid– Grafiidipõhised padjad või keraamilise -täidisega silikoonlehed, millel on madal gaasieraldus.
Liimid– Andurite kinnitamiseks kasutatakse kõrgvaakumtöötlemiseks mõeldud epoksiide (nt EpoTek H77).
Määrdeained– Kui esineb liikuvaid osi (nt tasanduskruvid), on ette nähtud perfluoropolüeeter (PFPE) määrded, nagu Fomblin või Krytox.
Oluline on vältida standardseid tööstuslikke teipe, kleepuva vooderdusega termokahanevaid torusid ja süsivesinikepõhiseid määrdeid.
Tihendus ja korpuse disain
Elektriühendused, temperatuuriandurid ja küttekeha klemmid peavad olema suletud, et vältida osakeste teket sisemistest komponentidest. Puhasruumi kütteplaat sisaldab tavaliselt suletud ühenduskarpi või klemmikarpi, millel on järgmised omadused:
IP65 või kõrgem sissepääsukaitse– Tolmukindel ja veejugade eest kaitstud. IP65 tagab, et korpuse sees (nt releekontaktidest või juhtmete hõõrdumisest) tekkinud osakesed ei pääse puhtasse ruumi.
Siledad välispinnad– Korpusel peavad olema ümarad nurgad ja poleeritud viimistlus, et vältida osakeste püüdmist.
Hermeetilised läbipääsud– Kui juhtmed läbivad korpuse seina, takistavad surve- või klaastihendiga läbiviigud lekkeid.
Ülerõhu puhastamine (valikuline)– Kriitiliste rakenduste korral võib korpust puhastada puhta kuiva õhu või lämmastikuga, et tagada sisemiste osakeste väljutamine läbi filtri väljapoole, mitte puhtasse ruumi.
Puhta ruumi kütteplaadi disaini kontrollnimekiri
Järgmine kontroll-loend võtab kokku peamised kaalutlusedpuhasruumi kütteplaadi disain.
| Kategooria | Nõue | Tüüpiline lahendus |
|---|---|---|
| Plaadi materjal | Madal osakeste eraldamine, korrosioonikindel | Roostevaba teras 316L |
| Pinnaviimistlus | Sile, kergesti puhastatav, ei kleepu | Elektropoleeritud (Ra vähem kui 0,4 µm või sellega võrdne) või passiveeritud |
| Väljalaskmine | TML < 1,0%, CVCM < 0,1% ASTM E595 kohta | PTFE traadi isolatsioon; madala gaasieraldusega liimid; PFPE määrdeained |
| Katted (kui neid kasutatakse) | Ei ketendamist, delaminatsiooni ega osakeste eraldumist | Kvaliteetne PTFE kruntvärviga; või katmata roostevabast terasest |
| Elektriline korpus | tolmukindel; osakeste emissioon puudub | IP65 või IP67 reitinguga; siledad välispinnad; hermeetilised läbipääsud |
| Kinnitusvahendid | Ei mingeid lahtisi osakesi niidist | Kinnituskruvid; või mittevalguv lukustusriistvara |
| Puhastatavus | Ühildub puhaste ruumide salvrätikute ja lahustitega | Ei mingeid teravaid nurki, pragusid ega poorseid pindu |
Tootmine ja kokkupanek puhastes tingimustes
Puhta ruumi kütteplaadi kokkupanek tuleb ise teha puhtas keskkonnas. Kokkupanekujärgne puhastamine ja pakendamine on kriitilise tähtsusega. Pärast lõplikku kokkupanekut on plaat tavaliselt:
Ultraheli puhastatud deioniseeritud vees või sobivas lahustis
Loputatud isopropüülalkoholiga
Kuivatatud laminaarvooluahjus
Topeltkotis puhasruumi kvaliteediga polüetüleenist või antistaatilistest kottidest
Paigaldamise ajal tuleb kasutada puhta ruumiga sobivaid kindaid, et vältida õlide või osakeste kandmist plaadi pinnale.
Levinud lõksud, mida vältida
Anodeeritud katetega alumiiniumplaatide kasutamine– Anodeeritud kihid võivad termilise tsükli käigus praguneda, vabastades abrasiivseid osakesi.
Standardsete RTV silikoonhermeetikute pealekandmine– Paljud silikoonhermeetikud eraldavad madala molekulmassiga siloksaane, mis saastavad optilisi või elektroonilisi pindu.
Sulgemata klemmikarpide paigaldamine– Standardne NEMA 1 korpus võimaldab osakeste väljapääsu ja see tuleks asendada IP65-kategooria karbiga.
Kinnitusdetailide puhtuse eiramine– Tavalised tsingitud kruvid eemaldavad osakesed; vaja on passiveeritud pindadega roostevabast terasest kruvisid.
Järeldus
Puhta ruumi kütteplaadid nõuavad keskkonna puhtuse säilitamiseks hoolikat tähelepanu materjalidele, viimistlusele, gaasi väljutamise omadustele ja tihendusele. Roostevaba teras 316L, millel on elektropoleeritud või passiveeritud pind, on eelistatud materjal selle vähese osakeste eemaldamise ja korrosioonikindluse tõttu. PTFE-d võib kasutada kattekihina või tahke plaadina ainult siis, kui seda kasutatakse ilma ketendamisohuta. Kõik elektrikilbid peavad olema pitseeritud IP65 või kõrgema tasemega ning kõik mittemetallist komponendid (traadiisolatsioon, liimid, määrdeained) peavad vastama madala gaasieralduse standarditele, nagu NASA ASTM E595. Saastumise kontroll laieneb protsessi igale komponendile-alates plaadimaterjalist kuni kruvikeermel oleva määrdeni. Korralikult kujundatud puhta ruumi kütteplaat võimaldab täpset soojusjuhtimist, ilma et see kahjustaks osakestevaba keskkonda, mis on oluline pooljuhtide, ravimite ja kosmosetööstuses.
