Kaip pasirinkti tinkamą grafitą plūduriuojančio stiklo CVD dengimo mašinoms

Flotacinio stiklo gamyboje CVD (cheminio nusodinimo iš garų nusodinimo) procesas yra būtinas stiklo paviršiams padengti specializuotomis dangomis, pagerinti jų energijos vartojimo efektyvumą ir ilgaamžiškumą. Kad šis procesas būtų veiksmingas, dalyvaujančiai įrangai, ypač CVD mašinai, reikia medžiagų, kurios gali atlaikyti ekstremalias temperatūras ir chemines reakcijas. Grafitas čia vaidina lemiamą vaidmenį, nes užtikrina reikiamą atsparumą karščiui ir stabilumą CVD kameroje, užtikrindamas sklandų veikimą.

Turėdamas didelę patirtį flotacinio stiklo pramonėje,SHJ CARBONsupranta svarbų grafito vaidmenį optimizuojant našumąCVD mašinos. Šiame straipsnyje paaiškinsime, kaip pasirinkti tinkamą grafito rūšįCVD sistema, sutelkiant dėmesį į pagrindines jo savybes, tokias kaip terminis stabilumas ir atsparumas korozijai. Mūsų įžvalgos padės pagerinti gamybos efektyvumą ir sumažinti prastovų laiką, todėl bus lengviau pasirinkti geriausias medžiagas pagal jūsų poreikius.

Pasirinkimastinkamas grafitas flotacinio stiklo CVD dengimo mašinomsreikia visapusiškai atsižvelgti į įvairius aspektus, pvz., medžiagų našumą, konstrukcinį dizainą ir proceso suderinamumą, kartu su flotacinio stiklo gamybos linijų aukštos -temperatūros aplinka, CVD reakcijos charakteristikomis (pvz., dujų pasiskirstymu, plėvelės vienodumu) ir pagrindinėmis grafito funkcijomis (atrama, srauto nukreipimu, atsparumu korozijai ir kt.). Konkretūs punktai yra tokie:

Grafito medžiaga tiesiogiai lemia jo stabilumą aukštoje{0}}temperatūroje CVD aplinkoje ir jos įtaką dangos kokybei. Reikėtų sutelkti dėmesį į šiuos rodiklius:

1. Grynumas (anglies kiekis)

• Reikalavimas:Pirmenybė teikiama didelio-grynumo grafitui, kurio anglies kiekis yra didesnis arba lygus 99,9 % arba net 99,99 % ar didesnis.
• Priežastis:CVD dengimo proceso metu, jei grafite yra priemaišų (pvz., metalų, oksidų), jie gali išgaruoti arba dalyvauti reakcijose esant aukštai temperatūrai, todėl stiklo plėvelėje gali atsirasti dėmių ir spalvų skirtumų (pvz., dengiant SiO₂ plėveles, geležies priemaišos gali sudaryti spalvotus teršalus). Didelio-grynumo grafitas gali sumažinti priemaišų trukdžius.

2. Tankis ir poringumas

• Reikalavimas:Didelis tankis (didesnis arba lygus 1,7 g/cm³) ir mažas poringumas (mažesnis arba lygus 15%).
• Priežastis:Didelio -tankio grafito tanki struktūra gali sumažinti reakcijos dujų (pvz., SiCl₄, NH₃) prasiskverbimą į grafito vidų, išvengiant „vidinio nusėdimo“, kurį sukelia priešlaikinės dujų reakcijos porose, dėl kurių gali įtrūkti grafito plokštės arba ant paviršiaus nukristi šlakai;Mažas poringumas gali sumažinti grafito ir korozinių dujų (tokių kaip HCl, šalutinis -CVD reakcijų produktas) sąlyčio plotą, sulėtinti erozijos greitį ir pailginti tarnavimo laiką.

3. Atsparumas šiluminiam smūgiui

• Reikalavimas:Mažas šiluminio plėtimosi koeficientas (mažesnis arba lygus 2,5 × 10⁻⁶ / laipsniui), be akivaizdžios įtrūkimų rizikos diapazone nuo kambario temperatūros iki 1000 laipsnių.
• Priežastis:Flotacinio stiklo gamybos linijose grafitas ilgą laiką turi būti aukštos-600–1200 laipsnių temperatūros aplinkoje, todėl dėl stiklo juostelės judėjimo ir dujų įpurškimo gali atsirasti vietinių temperatūros svyravimų. Grafitinės plokštės, turinčios prastą atsparumą šiluminiam smūgiui, yra linkusios lūžti dėl šiluminio įtempimo, todėl gamybos linijos išjungiamos.

4. Atsparumas oksidacijai

• Reikalavimas:Pirmenybė teikiama grafitui su paviršiaus apdorojimu (pvz., silicio karbido SiC danga) arba izostatiniam grafitui, pasižyminčiam puikiu atsparumu oksidacijai.
• Priežastis:Esant aukštai temperatūrai (ypač esant deguoniui), grafitas lengvai oksiduojasi, sudarydamas CO/CO₂, todėl paviršius nusilupa ir deformuojasi. SiC danga gali sudaryti tankų apsauginį sluoksnį, padidinantį grafito plokštės atsparumo oksidacijai tarnavimo laiką 3-5 kartus, o tai ypač tinka procesams, kuriuose reikia įvesti deguonies turinčių reakcijos dujų (pvz., O₂, dalyvaujančio SiO₂ dangoje).

1. Plokštumas ir matmenų tikslumas

• Reikalavimas:Paviršiaus lygumo paklaida Mažesnė arba lygi 0,1 mm/m, storio nuokrypis Mažesnis arba lygus ±0,05 mm, lygiagretumo nuokrypis su stiklo juostele Mažiau arba lygus 0,5 mm.
• Priežastis:Grafitas dažniausiai naudojamas kaip "apatinė plokštė" arba dujų srauto kreipimo plokštė dengimo reakcijoms, o atstumas nuo stiklo juostelės paviršiaus turi būti griežtai vienodas (paprastai 5-20 mm). Jei lygumas prastas, per mažas vietinis atstumas sukels per didelį dujų srautą ir per daug nusėdimų; per didelis atstumas sukels per ploną nuosėdų susidarymą, o tai galiausiai sukels netolygų plėvelės storį ir spalvų skirtumus.

2. Paviršiaus apdaila

• Reikalavimas:Paviršiaus šiurkštumas Ra Mažesnis arba lygus 1,6 μm, be akivaizdžių įbrėžimų ar įbrėžimų.
• Priežastis:Šiurkštus paviršius sukels reakcijos dujų turbulenciją, naikindamas laminarinio srauto būseną (CVD dangai reikalingas stabilus laminarinis srautas, kad būtų užtikrintas vienodas nusėdimas); tuo pat metu vietinė aukšta temperatūra prie atbrailų ar išsikišimų gali sukelti priešlaikines dujų reakcijas, susidarant granuliuotoms priemaišoms, prilipusioms prie stiklo paviršiaus.

3. Dujų srauto kanalų pritaikomumas

• Reikalavimas:Pritaikykite grafito griovelius, angas arba srauto kreipiančias konstrukcijas pagal dengimo mašinos dujų įpurškimo metodą (pvz., plyšio tipo, porėto tipo).
• Pavyzdys:Jei naudojamas S{0}}formos oro įsiurbimo kanalo dizainas, grafito kanalo dydis (plotis, gylis, kreivumas) turi atitikti dujų srautą, kad būtų užtikrinta, jog dujos būtų visiškai susimaišytos ir srautas būtų vienodas prieš pasiekiant stiklo paviršių, vengiant vietinės koncentracijos.

Skirtingi flotacinio stiklo CVD procesai (pvz., dengiamos plėvelės tipas, gamybos linijos greitis, temperatūra) kelia skirtingus reikalavimus grafitui, kuriuos reikia pasirinkti tikslingai:

1. Filmo tipas

• Dengti oksido plėveles (pvz., SiO₂, TiO₂):Reakcijų metu dažnai dalyvauja oksiduojančios dujos (O₂), todėl, kad būtų išvengta grafito oksidacijos ir lupimo, reikėtų pasirinkti grafitą, turintį stipresnį atsparumą oksidacijai (pvz., paviršių -dengtą SiC);
• Nitrido plėvelių dengimas (pvz., Si₃N4):Reakcijos dujose yra šarminių dujų, tokių kaip NH₃, todėl grafitas turi būti atsparus šarminei erozijai, o didelio{0}}tankio grafitas yra tinkamesnis;
• Laidžių plėvelių dengimas (pvz., ITO):Jautrus priemaišoms (ypač metalo jonams), todėl reikalingas itin -aukšto grynumo (99,99 % ar daugiau) grafitas, kad būtų išvengta priemaišų, turinčių įtakos plėvelės laidumui.
•  

2. Gamybos linijos greitis ir temperatūra

• Didelės spartos{0}}gamybos linijos (pvz., paros lydymosi pajėgumas, didesnis arba lygus 600 tonų):Grafitas turi atlaikyti didesnes nuolatines šilumines apkrovas, todėl pirmenybė teikiama izostatiniam grafitui, turinčiam didelį stiprumą (lenkimo stipris Didesnis arba lygus 20 MPa) ir gerą atsparumą valkšnumui (o ne ekstruziniam grafitui, kuris turi akivaizdžią anizotropiją ir yra linkęs deformuotis aukštoje temperatūroje);
• Aukštos{0}}temperatūros procesai (pvz., dangos zonos temperatūra Didesnė arba lygi 1000laipsnį): Reikalingas grafitas, turintis mažą šiluminio svorio netekimo greitį (oksidacijos masės nuostolis Mažiau arba lygus 0,5 %/h esant aukštai temperatūrai), kurį galima toliau optimizuoti SiC danga arba impregnuotais antioksidantais (pvz., derva).

Siekiant atitikti eksploatacinių savybių reikalavimus, būtina subalansuoti tarnavimo laiką ir kainą:

1. Atsparumas erozijai ir atsparumas dilimui

• Pasirinkite grafitą su aukštu grafitizacijos laipsniu ( Didesnis arba lygus 95%), kuris turi pilnesnę kristalų struktūrą ir stipresnį atsparumą cheminei erozijai ir mechaniniam nusidėvėjimui (pvz., dėl nedidelės trinties su stiklo juostele nėra lengva gaminti šlaką);
• Erozijai jautrioms dalims (pvz., šalia dujų išleidimo angos) galima pritaikyti vietinį sutirštinimą arba didelio tankio grafito blokelių konstrukciją, kad būtų prailgintas bendras tarnavimo laikas.

2. Apdorojimo ir priežiūros išlaidos

• Pirmenybė teikiama grafitui, kurį lengva tiksliai apdoroti (pavyzdžiui, izostatiniam grafitui, kuris turi gerą izotropiją ir gali būti perdirbamas į sudėtingas struktūras), siekiant sumažinti pritaikymo išlaidas;
• Apsvarstykite galimybę taisyti: kai kurios grafito plokštės gali atkurti plokštumą šlifuojant paviršių nekeičiant jų, taip sumažinant ilgalaikes{0}}sąnaudas.

•  
• Pasirinkite tiekėjus, turinčius patirties flotacinio stiklo pramonėje:Jų gaminiai buvo patikrinti faktinėmis gamybos linijomis ir gali pateikti standartines arba pritaikytas grafito dengimo mašinas;
• Prašyti kokybės patikrinimo ataskaitų:Įskaitant pagrindinių rodiklių, tokių kaip grynumas (spektrinė analizė), tankis (vandens išstūmimo metodas), šiluminio plėtimosi koeficientas (termomechaninė analizė), bandymų duomenis;
• Bandomasis testas: Catlikti nedidelius{0}}paketinius bandymus prieš masinį pirkimą stebėti grafito stabilumą faktiniame procese (pvz., ar jis gamina šlaką, matmenų pasikeitimo greitį ir poveikį plėvelės kokybei).

Plūdinio stiklo CVD dengimo mašinose grafitą sunku pakeisti funkcinėmis ugniai atspariomis medžiagomis (pvz., naudojamomis ilgiems purkštukams nuolat lieti). Pagrindinė priežastis yra ta, kad yra esminių skirtumų, susijusių su jų veikimo reikalavimais, funkcine padėtimi ir taikomųjų programų aplinka. Toliau pateikiama konkreti dviejų aspektų analizė: pagrindinis našumas ir funkcinis pritaikymas:

Ugniai atsparios medžiagos negali atitikti specialių CVD dengimo mašinų reikalavimų

Funkcinių ugniai atsparių medžiagų (tokių kaip aliuminio -anglies, cirkonio-anglies ugniai atsparios medžiagos) pagrindinės savybės yra atsparumas aukštai temperatūrai (virš 1500 laipsnių), atsparumas erozijai ir atsparumas šiluminiam smūgiui, tačiau jų sudėtis ir veikimo charakteristikos labai prieštarauja flotacinio stiklo CVD dengimo grafitui mašinų reikalavimams:

Ugniai atsparios medžiagos negali prisitaikyti prie pagrindinių CVD dangos funkcijų

Flotacinio stiklo CVD dengimo mašinose pagrindinės grafito funkcijos yra „aukštoje-temperatūroje stabilus nešiklis + tikslus dujų srauto valdymas + švari reakcijos aplinka“:

• 1. Skirtingi stabilumo reikalavimai aukštoje temperatūroje:

- Grafitas pasižymi stipriu cheminiu inertiškumu aukštoje 600{2}}1200 laipsnių temperatūroje, o jo atsparumas oksidacijai gali būti dar labiau pagerintas naudojant dangas (pvz., SiC), kad būtų užtikrintas ilgalaikis stabilumas;

- Nors ugniai atsparios medžiagos gali atlaikyti aukštą temperatūrą, susietoje aplinkoje, kurioje yra „aukšta temperatūra + ėsdinančios dujos“ CVD, oksido komponentai yra linkę reaguoti, o konstrukcija lengvai griūva ir negali ilgą laiką išlaikyti matmenų stabilumo (pavyzdžiui, aliuminio -anglies medžiagos, naudojamos ilgiems purkštukams, gali prarasti savo svorį daugiau nei per 0 laipsnį per 3 val. HCl atmosfera).

• 2. Skirtingi „švaros“ reikalavimai:

- Stiklo dangai keliami itin aukšti paviršiaus švarumo reikalavimai (daugiau nei 0,1 μm kvadratiniame metre dalelių skaičius gali būti mažesnis arba lygus 10), o didelis grynumas ir mažos grafito savybės yra pagrindinės garantijos;

- Ugniai atspariose medžiagose esantys metalų oksidai, silikatai ir kitos priemaišos, taip pat teršalai, susidarantys dėl garavimo arba reakcijos aukštoje temperatūroje, visiškai neatitinka švaros reikalavimų.

• 3. Konstrukcijos tikslumo nepakeičiamumas:

- Grafitas gali būti tiksliai apdorojamas (pvz., izostatinis grafitas, kurio izotropija leidžia lengvai apdoroti sudėtingus dujų srauto kanalus), kad būtų galima tiksliai valdyti dujų srauto nurodymus, kurių reikalauja CVD;

- Ugniai atsparios medžiagos yra trapios ir sunkiai apdorojamos, todėl jų negalima paversti didelio-tikslumo srauto kreipiančiomis struktūromis (tokiomis kaip plyšiniai{2}} dujų srauto kanalai), dėl kurių tiesiogiai prarandama dangos vienodumo kontrolė.

• 4. Funkcinės ugniai atsparios medžiagos negali pakeisti grafito

Funkcinių ugniai atsparių medžiagų veikimas (grynumas, cheminis stabilumas, paviršiaus tikslumas ir kt.) visiškai neatitinka pagrindinių flotacinio stiklo CVD dengimo mašinų poreikių. Dėl pakeitimo smarkiai pablogės plėvelės kokybė (defektų skaičius padidės daugiau nei 10 kartų), padidės įrangos gedimų dažnis (pvz., dažnas išjungimas valymui) ir žymiai sutrumpės tarnavimo laikas (nuo 3–6 mėnesių grafito atveju iki 1–2 savaičių), o ekonomiškumas ir įgyvendinamumas bus neigiamas.

Šiuo metu grafitas vis dar yra geriausias pasirinkimas flotacinio stiklo CVD dengimo mašinoms, ir jokios kitos medžiagos (įskaitant funkcines ugniai atsparias medžiagas) negali visiškai pakeisti jo visapusiško veikimo.

Turėtų būti aiškiai nurodyta, kad visų pagrindinių komponentų, kurie tiesiogiai liečiasi su CVD reakcijos dujomis (pvz., SiCl₄, NH₃) ir stiklo paviršiais (pvz., dengiančios grafito plokštės, dujų srauto kreipiančiosios plokštės, purkštukų lizdai), negalima pakeisti ugniai atspariomis medžiagomis. Priežastys yra šios:

• Ugniai atsparios medžiagos oksidų priemaišos (pvz., Al2O3, ZrO2) užterš plėvelę, todėl atsiras defektų, pvz., dėmių ir spalvų skirtumų;
• Jų cheminis stabilumas yra nepakankamas ir jie yra linkę reaguoti su šalutiniais produktais (tokiais kaip HCl){0}}, todėl medžiaga nusilupa ir smarkiai sutrumpėja tarnavimo laikas;
• Paviršiaus tikslumas ir dujų pralaidumas negali atitikti dangos vienodo dujų srauto ir švaros reikalavimų.

Grafitas tinkaflotacinio stiklo CVD dengimo mašinas turi atitikti keturis pagrindinius „didelio grynumo, didelio tankio, didelio tikslumo ir didelio prisitaikymo“ reikalavimus: grynumas užtikrina plėvelės švarumą, tankis ir atsparumas šiluminiam smūgiui – aukštą -temperatūros stabilumą, tikslumas užtikrina dangos vienodumą, o suderinamumas su procesu užtikrina nuolatinį ir efektyvų gamybos linijos veikimą. Galiausiai, optimalus pasirinkimas turi būti nustatytas atliekant eksploatacinių savybių bandymus ir faktinį patikrinimą kartu su specifiniais dengimo procesais (plėvelės tipas, temperatūra, greitis) ir išlaidų biudžetais.