ملاحظات مربوط به صفحات گرمایشی مورد استفاده در محیط های اتاق تمیز چیست؟

در اتاق‌های تمیز نیمه‌رسانا، داروسازی یا هوافضا، حتی ذرات کوچک یا بخارات خارج‌شده می‌توانند محصول را خراب کنند. صفحات گرمایشی مورد استفاده در این محیط ها باید از مواد و پرداخت هایی ساخته شوند که خطر آلودگی را به حداقل برسانند و در عین حال عملکرد حرارتی دقیقی را ارائه دهند. یک صفحه گرمایش صنعتی استاندارد ممکن است ذرات را از بین ببرد، ترکیبات فرار را آزاد کند، یا آلاینده‌ها را در بی‌نظمی‌های سطحی به دام بیاندازد- که همگی در محیط‌های کنترل‌شده غیرقابل قبول هستند. صفحات گرمایش سازگار با اتاق تمیز نیاز به انتخاب های طراحی عمدی در هر سطح دارند.

خطرات اصلی آلودگی در صفحات گرمایش اتاق تمیز

سه مکانیسم آلودگی اولیه مربوط به صفحات گرمایشی است:

تولید ذرات- ذرات سست سطوح فلزی، پوشش‌ها یا قطعات متحرک در هوا معلق می‌شوند و روی محصولات حساس می‌نشینند.

خروج گاز- ترکیبات آلی فرار (VOCs) یا سایر بخارات آزاد شده از مواد در دماهای بالا بر روی سطوح متراکم می شوند یا شیمی فرآیند را تغییر می دهند.

به دام انداختن آلودگی سطحی- سطوح ناهموار یا متخلخل ذرات را حفظ می کنند و تمیز کردن آنها دشوار است که منجر به آلودگی متقاطع بین دسته ها می شود.

هر یک از این خطرات باید از طریق انتخاب مواد، تکمیل سطح و آب بندی اجزا مورد توجه قرار گیرد.

انتخاب مواد برای صفحات گرمایش اتاق تمیز

انتخاب مواد به دلیل نیاز به ریزش ذرات کم، مقاومت در برابر خوردگی و حداقل خروج گاز انجام می شود. مواد زیر معمولا مشخص می شوند.

فولاد ضد زنگ (316 لیتر ترجیحی)

فولاد ضد زنگ، به ویژه درجه 316L (کم کربن)، پرکاربردترین ماده برای صفحات گرمایش اتاق تمیز است. مقاومت در برابر خوردگی عالی، استحکام مکانیکی بالا و تولید ذرات نسبتاً کم را ارائه می دهد. برخلاف آلومینیوم، فولاد ضد زنگ یک لایه اکسید نرم ایجاد نمی کند که بتواند پوسته پوسته شود. برای کاربردهایی که نیاز به خنثی مغناطیسی دارند، گریدهای آستنیتی (304، 316) در حالت آنیل غیر مغناطیسی هستند.

برای کاهش بیشتر چسبندگی ذرات، سطح فولاد ضد زنگ را می توان غیرفعال یا الکتروپولیش کرد. غیرفعال کردن آهن آزاد را از سطح حذف می کند، در حالی که پولیش الکتریکی یک روکش صاف و میکرو بازتابنده ایجاد می کند که در برابر آلودگی مقاوم است. در کاربردهای اتاق تمیز، فولاد ضد زنگ 316L اغلب با روکش الکتروپلی شده (Ra کمتر یا مساوی 0.5 میکرومتر) مشخص می شود.

آلومینیوم (استفاده محدود)

صفحات گرمایش آلومینیومی گاهی اوقات در اتاق های تمیز درجه پایین (ISO کلاس 7 یا 8) به دلیل رسانایی حرارتی عالی استفاده می شوند. با این حال، آلومینیوم چندین ایراد دارد: نرم تر از فولاد ضد زنگ است، ذرات را راحت تر می ریزد، و پوشش های آنودایز شده می توانند تراشه یا پوسته پوسته شوند. در صورت استفاده از آلومینیوم، پوشش سخت آنودایز شده (نوع III) با آب بندی مناسب ممکن است قابل قبول باشد، اما فولاد ضد زنگ الکترو پولیش شده بهترین انتخاب برای محیط های بحرانی است.

PTFE و سایر فلوروپلیمرها

اگر PTFE به درستی پردازش شود، معمولاً با اتاق تمیز سازگار است. از نظر شیمیایی بی اثر است، در دماهای زیر 260 درجه به طور قابل توجهی خارج نمی شود و دارای ضریب اصطکاک پایینی است که تولید ذرات از تماس را کاهش می دهد. با این حال، پوشش های PTFE روی صفحات فلزی باید با احتیاط اعمال شوند. یک پوشش PTFE با پیوند ضعیف می تواند لایه لایه شود یا پوسته پوسته شود و ذرات ایجاد کند. پوشش‌های PTFE با کیفیت بالا و اسپری با بستر زبر یا لایه آغازگر مورد نیاز است. از طرف دیگر، صفحات جامد PTFE (بدون پشتیبانی) ممکن است برای گرمایش اتاق تمیز با دمای پایین استفاده شوند، اگرچه هدایت حرارتی ضعیف است.

الزامات تکمیل سطح

پرداخت سطح صفحه گرمایش اتاق تمیز به طور مستقیم بر حفظ ذرات و تمیزی آن تأثیر می گذارد. یک سطح صاف دارای شکاف های کمتری است که ذرات می توانند در آن قرار گیرند و راحت تر با حلال ها یا دستمال های تمیز کننده پاک می شوند.

پرداخت برقی- استاندارد طلایی برای صفحات گرمایش اتاق تمیز. الکترو پولیش یک لایه نازک از فلز را حذف می کند و قله ها و دره های میکروسکوپی را صاف می کند. یک صفحه فولادی ضد زنگ الکتروپولیش شده زبری سطح (Ra) را به اندازه 0.1-0.4 میکرومتر بدست می آورد. این فرآیند همچنین یک لایه اکسید غنی از کروم ایجاد می کند که در برابر خوردگی و چسبندگی ذرات مقاومت می کند.

پایان غیرفعال- یک درمان شیمیایی که آهن آزاد را حذف می کند و لایه اکسید غیرفعال را بازیابی می کند. غیرفعال کردن زبری سطح را به طور قابل توجهی کاهش نمی دهد، اما تمایل ذرات به چسبندگی الکترواستاتیک یا شیمیایی را کاهش می دهد.

پولیش مکانیکی- قابل قبول برای اتاق های تمیز کمتر. پولیش مکانیکی (به عنوان مثال، پایان شماره 4) Ra را بین 0.5-1.0 میکرومتر به دست می آورد، اما ممکن است خراش های جهت دار ایجاد کند که ذرات را به دام می اندازد. پولیش الکتریکی بر پولیش مکانیکی به تنهایی ترجیح داده می شود.

سطوح ناهموار، نورد شده یا ماسه ریخته گری برای صفحات گرمایش اتاق تمیز مناسب نیستند.

کنترل خروج گاز در دماهای بالا

صفحات گرمایشی در دماهای بالا کار می کنند که باعث تسریع خروج گاز از ترکیبات فرار می شود. همه مواد مورد استفاده در مونتاژ صفحه-از جمله چسب‌ها، روان‌کننده‌ها، عایق سیم، مواد رابط حرارتی و واشرهای آب‌بندی-باید دارای گاز خروجی کم باشند.

استاندارد ASTM E595 ناسا به طور گسترده برای سازگاری اتاق تمیز ارجاع داده شده است. این آزمایش از دست دادن جرم کل (TML) و مواد متراکم فرار جمع آوری شده (CVCM) از یک ماده در معرض خلاء و گرما را اندازه گیری می کند. برای صفحات گرمایش اتاق تمیز، مواد با TML <1.0٪ و CVCM <0.1٪ به طور کلی قابل قبول هستند.

اجزای خاصی که نیاز به گواهینامه گاز خروجی پایین دارند عبارتند از:

عایق سیم- سیم های عایق PTFE یا پلی آمید (Kapton) بر PVC یا پلی اتیلن استاندارد ترجیح داده می شوند.

مواد رابط حرارتی– پدهای مبتنی بر گرافیت یا صفحات سیلیکونی پر شده{0}}سرامیکی با درجه گازهای خروجی پایین.

چسب ها- اپوکسی های فرموله شده برای سرویس خلاء بالا (به عنوان مثال، EpoTek H77) برای اتصال سنسور استفاده می شود.

روان کننده ها– در صورت وجود قطعات متحرک (مثلاً پیچ های تراز کننده)، گریس های پرفلوئوروپلی اتر (PFPE) مانند Fomblin یا Krytox مشخص شده است.

اجتناب از نوارهای صنعتی استاندارد، لوله های انقباض حرارتی با آسترهای چسبنده و گریس های مبتنی بر هیدروکربن ضروری است.

آب بندی و طراحی محوطه

اتصالات الکتریکی، سنسورهای دما و پایانه های بخاری باید محصور شوند تا از تولید ذرات از اجزای داخلی جلوگیری شود. صفحه گرمایش اتاق تمیز معمولاً شامل یک جعبه اتصال مهر و موم شده یا محفظه ترمینال با ویژگی های زیر است:

حفاظت از نفوذ IP65 یا بالاتر- ضد گرد و غبار و محافظت شده در برابر جت های آب. IP65 تضمین می کند که ذرات تولید شده در داخل محفظه (به عنوان مثال، از تماس های رله یا سایش سیم) به اتاق تمیز فرار نمی کنند.

سطوح خارجی صاف- محفظه باید گوشه های گرد و روکش صیقلی داشته باشد تا از تله ذرات جلوگیری شود.

ورودی های هرمتیک– در جایی که سیم ها از دیواره محفظه عبور می کنند، ورودی های فشرده یا آب بندی شده با شیشه از نشتی جلوگیری می کنند.

پاکسازی فشار مثبت (اختیاری)- در کاربردهای حیاتی، محفظه ممکن است با هوای خشک تمیز یا نیتروژن تمیز شود تا اطمینان حاصل شود که ذرات داخلی از طریق فیلتر به بیرون خارج می شوند، نه داخل اتاق تمیز.

چک لیست طراحی صفحه گرمایش اتاق تمیز

چک لیست زیر ملاحظات کلیدی را خلاصه می کندطراحی صفحه گرمایش اتاق تمیز.

ساخت و مونتاژ در شرایط تمیز

مونتاژ صفحه گرمایش اتاق تمیز خود باید در یک محیط تمیز انجام شود. تمیز کردن و بسته بندی پس از مونتاژ بسیار مهم است. پس از مونتاژ نهایی، صفحه معمولاً به صورت زیر است:

اولتراسونیک در آب دیونیزه یا یک حلال مناسب تمیز می شود

شستشو با ایزوپروپیل الکل

در کوره جریان آرام خشک می شود

دو کیسه ای در کیسه های پلی اتیلن یا آنتی استاتیک درجه تمیز

هر گونه جابجایی در حین نصب باید از دستکش های سازگار با اتاق تمیز استفاده شود تا از انتقال روغن یا ذرات به سطح صفحه جلوگیری شود.

دام های رایج برای اجتناب

استفاده از صفحات آلومینیومی با پوشش های آنودایز- لایه‌های آنودایز شده می‌توانند تحت چرخه حرارتی ترک بخورند و ذرات ساینده را آزاد کنند.

استفاده از درزگیرهای استاندارد سیلیکونی RTV- بسیاری از درزگیرهای سیلیکونی از سیلوکسان‌های با وزن مولکولی پایین خارج می‌شوند که سطوح نوری یا الکترونیکی را آلوده می‌کنند.

نصب جعبه های ترمینال بدون مهر و موم- یک محفظه استاندارد NEMA 1 اجازه خروج ذرات را می دهد و باید با جعبه دارای رتبه IP65 جایگزین شود.

بی توجهی به تمیزی بست– پیچ های استاندارد با روکش روی ذرات را می ریزند. پیچ های فولادی ضد زنگ با سطوح غیر فعال مورد نیاز است.

نتیجه گیری

صفحات گرمایش اتاق تمیز برای حفظ خلوص محیطی نیاز به توجه دقیق به مواد، پرداخت، خواص خروج گاز و آب بندی دارند. فولاد ضد زنگ 316L با سطح الکتروپلی شده یا غیرفعال شده، ماده ترجیحی برای ریزش ذرات کم و مقاومت در برابر خوردگی آن است. PTFE را می توان به عنوان یک پوشش یا به عنوان یک صفحه جامد تنها در صورتی استفاده کرد که بدون خطر پوسته پوسته شدن استفاده شود. تمام محفظه های الکتریکی باید با استاندارد IP65 یا بالاتر مهر و موم شوند و تمام اجزای غیرفلزی (عایق سیم، چسب، روان کننده ها) باید استانداردهای کم گاز خروجی مانند NASA ASTM E595 را داشته باشند. کنترل آلودگی به همه اجزای فرآیند گسترش می‌یابد-از مواد صفحه تا گریس روی رزوه پیچ. یک صفحه گرمایش اتاق تمیز که به درستی طراحی شده باشد، کنترل حرارتی دقیق را بدون به خطر انداختن محیط عاری از ذرات ضروری برای تولید نیمه هادی، داروسازی و هوافضا امکان پذیر می کند.