Milliseid kaalutlusi tuleb arvestada puhastes ruumides kasutatavate kütteplaatidega?

Isegi väikesed osakesed või eraldunud aurud võivad pooljuhtide, farmaatsiatoodete või kosmosetööstuse puhastes ruumides toote hävitada. Sellistes olukordades kasutatavad kütteplaadid peaksid olema valmistatud materjalidest ja viimistlusest, mis minimeerivad saastumise riski ja tagavad täpse soojustõhususe. Tavalised tööstuslikud kütteplaadid võivad kihistada osakesed, eraldada lenduvaid kemikaale või pinna ebatäiuslikkuse korral saasteaineid, mis kõik ei sobi reguleeritud olukordades. Iga puhasruumiga-ühilduvate kütteplaatide disainivalik on teadlik.

Puhtaruumi kütteplaadid Peamised saastumise ohud
Kütteplaadid on olulised kolme peamise saastemehhanismi jaoks:

Osakeste teke: lahtised osakesed metallpindadelt, katetelt või liikuvatest osadest levivad õhku ja settivad tundlikele toodetele.

Väljuvad - orgaanilised lenduvad ained (LOÜ) või muud materjalidest kõrgel temperatuuril tekkivad aurud kondenseeruvad pindadele või muudavad protsessi keemiat.

Pinna saastumise püüdmine. Karedad või poorsed pinnad hoiavad osakesi ja neid on raske puhastada, põhjustades partiide ristsaastumist-.

Materjalide valik, pinnaviimistlus ja komponentide tihendamine tuleb kohandada iga ohu jaoks.

Auswahl von Materialien für Reinraum{0}}Heizplatten
Materjalide valiku tingib vajadus vähese osakeste eraldumise, korrosioonikindluse ja vähese väljagaasi järele. Üldjuhul määratletud materjalid on järgmised.

Roostevaba teras (eelistatult 316L)
Puhaste ruumide kütteplaatide hulgas on kõige levinum materjal roostevaba teras ja eriti klass 316L (madala süsinikusisaldusega). See on väga korrosioonikindel, suure mehaanilise tugevusega ja suhteliselt vähese osakeste moodustumisega. Kuid roostevaba teras ei moodusta pehmet oksiidkatet, mis koorub maha nagu alumiinium. Austeniitklassid (304, 316) on magnetilist neutraalsust vajavate rakenduste jaoks lõõmutatud kujul mitte-magnetilised.

Osakeste nakkumist saab veelgi vähendada roostevaba terase pinna passiveerimise või elektropoleerimisega. Passiveerimine eemaldab pinnalt vaba raua ja elektropoleerimine annab mikropeegeldava sileda viimistluse, mis on saastumiskindel. Puhaste ruumide rakenduste jaoks on tavaliselt vaja elektropoleeritud viimistlusega roostevaba terast 316L (Ra vähem kui 0,5 µm).

Alumiinium (piiratud kasutusega)
Kõrge soojusjuhtivuse tõttu kasutatakse alumiiniumist kütteplaate aeg-ajalt madalama -klassi puhasruumides (ISO klass 7 või 8). Kuid alumiiniumil on teatud piirangud. See on roostevabast terasest pehmem, kalduvus eraldama osakesi ja anodeeritud katted võivad puruneda või helvestada. Kui kasutate alumiiniumi, võib sobiva tihendiga kõva anodeeritud kate (tüüp III) olla piisav, kuid elektropoleeritud roostevaba teras on kriitiliste tingimuste jaoks siiski parem valik.

PTFE ja teiste fluoropolümeeride polümerisatsioon
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. Kuid metallpindade PTFE-katted vajavad tähelepanu. 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), kuid 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 eemaldada lahustite või puhastuslappidega.

Elektropoleeritud viimistlus - Puhaste ruumide kütteplaatide kuldstandard. Elektropoleerimine eemaldab õhukese metallikihi, tasandades väikesed tipud ja orud. Elektropoleeritud roostevabast terasest plaat saavutab pinna kareduse (Ra) 0,1–0,4 µm. Protseduur moodustab ka kroomirikka oksiidikihi, mis on vastupidav korrosioonile ja osakeste adhesioonile.

Passiveeritud viimistlus - Keemiline töötlus, mis kõrvaldab vaba raua ja taastab passiivse oksiidikihi. Passiveerimine ei vähenda oluliselt pinna karedust, kuid vähendab tõenäosust, et osakesed kleepuvad elektrostaatiliselt või keemiliselt.

Mehaaniline poleerimine - Vastuvõetav vähem nõudlike puhaste ruumide jaoks. Mehaaniline poleerimine (nt #4 viimistlus) saavutab Ra väärtuseks 0,5–1,0 µm, kuid võib jätta kriimustusi, mis püüavad osakesed kinni. Elektropoleerimist eelistatakse ainult mehaanilisele poleerimisele.

Karedad, valtsitud või liivaga valatud pinnad ei sobi puhaste ruumide kütteplaatide jaoks.

Gaaside väljutamise juhtimine kõrgendatud temperatuuridel
Kütteplaadid töötavad kõrgendatud temperatuuridel, mis soodustab lenduvate kemikaalide väljutamist. Kõik plaadikoostudes kasutatavad materjalid,-sh liimid, määrdeained, juhtmeisolatsioon, termilise liidese materjalid ja tihendustihendid-peavad olema madala gaasieraldusega.

NASA ASTM E595 standard on laialdaselt tunnustatud puhta ruumi ühilduvuse osas. Selle katsega hinnatakse kogu massikadu (TML) ja vaakumile ja kuumusele avatud ainest kogutud lenduvat kondenseeruvat materjali (CVCM). Puhasruumide kütteplaatide jaoks on üldiselt sobivad 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 on soovitatav kasutada PVC või tavapärase polüetüleeni asemel.

Termilise liidese materjalid - Grafiidipõhised padjad või keraamilise{1}}täidisega silikoonlehed, millel on madal gaasieraldus.

Liimid - Andurite kinnitamiseks kasutatakse kõrgvaakumtöötlemiseks välja töötatud epoksiide (nt EpoTek H77).

Määrdeained - Kui esineb liikuvaid osi (nt tasanduskruvid), on ette nähtud perfluoropolüeeter (PFPE) määrded, nagu Fomblin või Krytox.

Väga oluline on vältida tüüpilisi tööstuslikke teipe, kleepuva vooderdusega termokahanevaid torusid ja süsivesinikepõhiseid määrdeid.

Tihendus ja korpuse disain
Elektriühendused, temperatuuriandurid ja küttekeha klemmid peavad olema kaitstud, et vältida osakeste tekkimist siseosadest. Puhasruumi kütteplaat sisaldab tavaliselt suletud ühenduskarbi või klemmikarpi, millel on järgmised omadused:

IP65 või kõrgem sissepääsukaitse - Tolmukindel ja kaitstud veejoa eest. 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 kinnijäämist.

Hermeetilised läbiviigud - Kui juhtmed voolavad läbi korpuse seina, takistavad surve- või klaasiga suletud läbiviigud lekkeid.

Ülesurvepuhastus (valikuline) - Oluliste rakenduste korral võib korpust puhastada puhta kuiva õhu või lämmastikuga, et tagada, et kõik sees olevad osakesed väljuvad filtri kaudu, mitte puhtasse ruumi.

Puhta ruumi kütteplaadi disaini kontrollnimekiri
Järgmine kontroll-loend hõlmab puhta ruumi kütteplaadi projekteerimise põhiprobleeme.

Kategooria Nõue Tüüpiline lahendus
Plaadi materjal Madal osakeste eraldumine, korrosioonikindel Roostevaba teras 316L
Pinnaviimistlus Sile, kergesti puhastatav, kleepumiskindel, elektropoleeritud (Ra vähem kui 0,4 µm) või passiveeritud
Väljalaske TML < 1,0%, CVCM < 0,1% ASTM E595 PTFE traadi isolatsiooni kohta; madala gaasieraldusega liimid; PFPE määrdeained
Katted (kui neid kasutatakse) Ei ketendamist, kihistumist ega osakeste eraldumist Kvaliteetne PTFE kruntvärviga; või tühi roostevaba teras
Elektriline korpus Tolmukindel; puudub osakeste emissioon IP65 või IP67 reitinguga; siledad välispinnad; hermeetilised läbipääsud
Kinnitusvahendid Keermetest ei esine lahtisi osakesi Kinnituskruvid; või mittevalguv lukustusriistvara
Puhastatavus Ühildub puhaste ruumide salvrätikute ja lahustitega Ei mingeid teravaid nurki, pragusid ega poorseid pindu
Tootmine ja kokkupanek puhastes tingimustes
Puhasruumi kütteplaadi kokkupanek tuleb ise lõpule viia puhtas keskkonnas. Kokkupanekujärgne puhastamine ja pakendamine on üliolulised. Pärast lõplikku kokkupanekut on plaat tavaliselt:

Ultraheli puhastatud deioniseeritud vees või sobivas lahuses

Loputatud isopropüülalkoholiga

Kuivatatud laminaarvooluahjus

Topeltkotis puhasruumi kvaliteediga polüetüleenist või antistaatilistest kottidest

Paigaldamisel tuleb kasutada puhta ruumiga sobivaid kindaid, et vältida õlide või osakeste levikut plaadi pinnale.

Levinud lõksud, mida vältida
Anodeeritud katetega alumiiniumplaatide kasutamine - Anodeeritud kihid võivad kuumuse toimel puruneda, vabastades abrasiivseid osakesi.

Tüüpiliste RTV silikoonhermeetikute pealekandmine - Paljud silikoonhermeetikud madala molekulmassiga siloksaanid võivad saastada optilisi või elektroonilisi pindu.

Tihendamata klemmikarpide paigaldamine - Tüüpiline NEMA 1 korpus võimaldab osakeste väljumist ja see tuleks asendada IP65-kategooria karbiga.

Kinnitusdetailide puhtuse eiramine - Tavalised tsingitud kruvid hajutavad osakesi; vajalikud on passiveeritud pindadega roostevabast terasest kruvid.

Järeldus
Puhta ruumi kütteplaadid nõuavad keskkonna puhtuse säilitamiseks erilist tähelepanu materjalidele, kattekihtidele, gaasi väljutamise omadustele ja tihendamiseks. Roostevaba teras 316L, millel on elektropoleeritud või passiveeritud pind, on valitud materjaliks selle minimaalse osakeste eemaldamise ja korrosioonikindluse tõttu. PTFE-d võib kasutada kattekihina või tahke plaadina ainult siis, kui seda kasutatakse ilma ketendamisohuta. Kõik elektrikilbid peavad olema tihendatud IP65 või kõrgemale 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 ehitatud puhta ruumi kütteplaat pakub täpset soojusjuhtimist, ilma et see kahjustaks pooljuhtide, ravimite ja kosmosetööstuses vajalikku osakestevaba keskkonda.