1.介绍

清洁过程是通过使用各种物理方法或化学方法去除沉积在表面上的杂质的过程。还有就是教材和必备产品在几乎每一个行业的应用，以保证后续工序的顺利进行，为内部生产保持最好产品的质量[1]。

三种常规氯（三氯乙烯，氯氟烃），以及水作为替代材料（碱型，中性型），遵从为本（烃系），溶剂型（醇，酯类，烃类）清洁工作有很多环境问题。因此，化学清洁剂的替代清洁方法的发展已在各个领域积极推行[2]。这是干冰清洗之一正在成为清洁生产工艺技术，该技术可以从根本上降低污染物的产生，同时具备环保特性。这种技术许多来源即：灰尘，噪声，油有毒化学溶剂，颗粒不会在所有这样的洗涤废物和环境影响产生排气不干净，相对于常规的化学和机械清洗方法这是一项绿色技术。

通过节流阀膨胀高压液态二氧化碳

在干冰清洗中，载气为加速喷嘴的流率 - 表示清洁速率和三个常数项的长度由喷嘴控制基板间距离，干冰的分散体所代表的焦点系数β的值现在可以系统地检查对清洗的影响。并且知道，厚膜的表面特性之中清洁目标是可衡量厚膜老化程度。

 2.理论与实验

2.1爆破性能的量化 - Hutchings方程

如果爆破冲击与空气表面涂层施加到所用涂层的表面，使得剥离得到所谓的疤痕半径r完全剥离暴露的表面，用于涂层的底部。随着使用的爆破介质的质量增加，该半径增加。

哈钦斯方程

从这个角度来看，这项研究深入探索了基于更实际但理论基础的量化清洁率的方法。我们使用了由Hutchings等人开发的等式。这种方法可以具有侧视图展示哈钦斯公式的可行性，可以明确对比化学洗涤剂与干冰清洁的清洁速率。

通过这个公式得出，其中，h是从喷嘴前端部到基片的距离，m为质量，以除去喷射喷砂介质QC的半径r需要干冰的瘢痕临界质量，β是在干冰LA聚焦系数的传播。此值是喷嘴与板的距离h。但现在是独立的数值，喷嘴形式（长度，半径和表面粗糙度等），颗粒的类型，改变所述粒子的速度。在这个方程中，可以得到一个未知的数量通过测量eojin L的瘢痕半径为一条直线的对数值施加到与颗粒的总重量m增加截距（I）的QC 。β可以通过等式计算。



二氧化碳虹吸室可以提供液态二氧化碳

液体供应气缸和载气N2尼康

为了将本方案应用于干冰，需要配备一个储罐。 CO2气瓶的液态二氧化碳封存量为20千克，气瓶压力为50至55千克力/平方厘米。储罐的液态二氧化碳的存储量压力维持在160㎏6〜7㎏f/㎠，在最大16㎏f/㎠汽化液体N2可以是常压。

（老化）将二氧化碳转化为干冰

这是。 CO2和N2，

由于费率f根本不受影响，

即使计算所使用的碳量，β值的含义也不会被破坏。因此，在本研究中，m被计算为（1）中从气缸消耗的液态二氧化碳的总质量M.严格地说，m和M由转换率f决定

???m=fM?

和（1）等式

通过加热管与特别设计的喷嘴混合，将其排出喷嘴。内壁绝缘管和N 2气体相和CO 2被认为是垃圾气体。蒸发在贮存罐的CO 2被提取作为液体CO2钢瓶直至在喷嘴状态的绝热膨胀。 N2的流量通过使用流量计的Dewyer（RMB-180L，800L RMC-）。

2.2实验

（1）实验装置

N2（载气）+ CO2（清洗源）

干冰颗粒清洗。

（2）喷射强度的测量

通过使用应变仪直接测量干冰喷射的冲击应力，该应变仪根据载气流量和所使用的二氧化碳量获得。

（3）污染底物的制备和清洗实验

铝薄膜1.5㎜在这个实验中使用基材膜的厚度（210㎜* 300㎜）漆型银粉末涂料（化学品，商标登记号52 355，下一个部分称涂料d d）I 30㎝从在通常的喷涂法和Li的基板喷洒4到5秒。 Boilyu和醇酸树脂涂料（油漆SAMHWA有限公司，型号名称; SB-P-18，称为前向涂料小号d）型银粉末涂料膜，

将它们在室温下干燥30小时以除去溶剂并获得牢固的膜。通过涂层测厚仪测量沉积膜的厚度（Elcometer Instruments Ltd.，A456FNFBS1），用干冰清洗冲击后的薄膜表面用表面织构测量仪（东京精密公司）随时间推移扫描。使用具有BS EN ISO [国际标准组织] 2409，ASTM [美国测试和材料协会] D3359-B的107 Cross Hatch Cutter（Elcometer Instruments Ltd.）测试膜的粘合强度与该方法结合使用

观察清洁过程

另一方面，通过使用金相显微镜（Nikon，Eclipse Me 600）观察由粒子射流损坏的膜的形状来跟踪膜去除机理，获得了重要信息。

洗涤速率的量化实验

在实验中，在给定条件下以5秒间隔测量瘢痕半径r，根据瘢痕形成速率调整时间。此时，在薄膜和基板各喷射的冷却停止时测量，所以意外的变化在每个样品以5,10和15秒的间隔分别获得，尽管这很繁琐。计算该文件获得LN m和r之间的关系，得到的聚焦系数β，由质量QC和二氧化碳的剥离，从中获得倾斜度和部分单位面积涂层所需的粒子的喷嘴特性。使用的工艺参数是流率，用于质量流量的载气喷嘴的长度，二氧化碳的加速（在这种情况下，突驰机电科技 用于制造公司的喷嘴材料，半径是固定的），喷嘴 - 基板间距离（间隔距离）要清洁彻底。（由工艺参数引起的噪音），涂膜的厚度以及膜的老化程度。我们定量和系统地研究了这些对Qc和β的影响，并着重从客观角度研究了干冰清洗的特点和清洗速度的量化，可见和可比数据。使用去除的膜面积的半径，即瘢痕的半径，来确定偏离球体时的最长和最短直径的几何平均值。在实验中，当观察到一个变量效应时，其他变量是固定的，只有变量被改变。

3.结果和审查

3.1污染涂层的表征

主漆膜在20,30,40,60,100处测试

漆膜的厚度分布在20μm的平均值处具有±3μm的误差，并且仅在±1μm内的膜面积用于清洁实验。在ASTM标准中，干冰能够有效地去除“3B”或更多的涂层。

3.2涂层观察

图2显示了剖面仪的使用

图2.100μm涂层薄膜受干冰喷射影响的厚度分布随着时间的变化。

第一排 - （L）5s; （R）10s; 第二排 - （L）15s;

（R）20s; 第三排 - （L）25s; （R）30s

干冰喷射对每小时的影响

厚膜的横截面图。正如预期的那样，它开始从中心划伤并蔓延到外围，并且可以从中心到疤痕半径进行测量。为了准确描述涂层状况，所使用的表面层厚度为100μm，比标准条件厚。

3.3过程变量的影响

（1）二氧化碳供应率的影响

首先，检查通过针阀的二氧化碳供应率对来自汽缸的清洁能力的影响。图3是用金相显微镜去除涂层S的照片，根据二氧化碳在30秒的冲击过程中的流速，该金相显微镜更加坚固。随着时间的推移，刺激的表面变得明显，并且随着表面开始龟裂，它开始形成大裂缝和小裂缝，可以看出它已被清除。在低干冰流量情况下，面积很小，但数值变大

图3. 30s后不同CO2供应速率下20μm涂层S上受影响区域的显微照片。

（上）从左到右; 6.05克/分钟;

15.1克/分钟; 30.3克/分钟;

（下）从左到右; 45.4克/分钟;

60.5克/分钟; 75.6克/分钟。

记录部件数量增加。因此，表面层通过逐层清洗与一般化学清洗不同，干冰清洗中的刺激裂纹形成 ，裂纹出现便可除去厚膜。

（2）载气流量的影响

净化后的空气上形成流动和通过测量喷射气流的清洁速率用于加速干冰，加速的流速影响所观察到的干冰的冲击应力通过哈钦斯公式检查。目视观察气溶胶的稀释现象，因为载气的流量增加。显示干冰喷射的冲击应力变化作为载气流量的参数，同时改变二氧化碳的质量供应速率。取决于参数，可以获得0.05至0.55Kg / stress的应力，并且该值随着载气流速的增加而增加。但是，二氧化碳流量的影响在80L / min时稳定地增加，当二氧化碳的流量超过90L / min时，冲击应力稍微降低。这可以通过金相显微镜照片来确认。

图4. CO2供应速率对作为载气流速参数的冲击应力的影响。

图5.不同载气流速下疤痕半径与CO2供应质量对数据对比曲线。

二氧化碳的流动是通过与载气的流率过大时，粒子的干冰碰撞。图5是绘制的疤痕半径相对于总二氧化碳质量（以m为单位），载气流速的参数表示。这个图中有趣的是，每条直线显示的载气流速变化几乎相同。这意味着聚焦系数β的值不随载气的流量而改变。当喷嘴的长度固定时，其并不遵循总体趋势，即随着载气的流量增加，羽流的扩展减小。即喷嘴是表示当基片距离超出了70升/分钟和在壳体中的流量固定的载气上升至3㎝，来进一步增加超过不能给在聚焦没有影响，或粒子的射流传播的结果。然而，由于切片不同，剥离单位面积的涂层所需的临界二氧化碳的质量Qc变化。图6显示实际斜率和切片值随着载气的流量而变化。那当载体气体在70L / min到660Kg /㎡的流速增加到100L / min时，剥离单位面积涂层所需的二氧化碳消耗迅速下降到40kg /，表明随着气体流量的增加，它会敏感地下降。 这是因为载气流量的增加不会影响扩散，但是它会增加干冰粒子的加速度并增加实际影响。

图6.载气流量对去除涂层单位面积所需的CO2质量的影响。 （a）载气流量; （b）距离; （c）喷嘴长度。

图7.针对不同间距的瘢痕半径与液态CO2质量的关系。

（a）线条如给定的那样倒退; （b）线条回归到68.29。

3）喷嘴与基材之间的距离的影响

无论喷嘴与基板之间的距离如何，来自喷嘴的羽流的扩散都将是恒定的并且不会影响聚焦系数β，但预计会影响临界CO2消耗量Qc。 这导致与趋势中载气的流动效应相同的效果。 可以看出，冲击应力随着喷嘴与基底之间的距离的增加而减小，这是由于扩散引起冲击力的减小。图7（a）显示，疤痕半径r由Hutchins方程绘制为ln m，并且在该条件下获得了一条直线。 可以看出，斜率是不同的。 一个奇怪的现象是，这个图中的所有直线都通过了一个点。 这一点当在中心供应较低的二氧化碳质量时，喷嘴与基板距离越近，疤痕半径越大，但在此点以上观察到相反的趋势。 这是因为距离越近，羽流的扩散程度越小，二氧化碳的强度越大，首先可以获得更大的疤痕尺寸，但是在形成一些疤痕后， 更广泛的反映了清洗的困难。 另一方面，如果距离长，如果二氧化碳的供应量小，则不能形成疤痕，但是如果加入足够的二氧化碳，相反，蔓延越大，疤痕面积越大。但是，在本研究的条件下，当二氧化碳的使用量为0.0161kg时，疤痕尺寸为0.0181μm，原因目前尚不清楚，但标准条件（喷嘴直径3mm， 长度为10cm），被称为“X点”。据估计，这是在用该喷嘴剥离涂膜时应用的唯一值。 无论喷嘴和基板之间的距离如何，0.0161kg都可以达到0.0181μm的疤痕半径。当用单个喷嘴剥离比该疤痕半径大的面积时，希望增加喷嘴和基板之间的距离 当你脱下一个较小的区域时，你越接近越好

在图6中，基于这些结果，还显示了距离二氧化碳临界质量Qc的影响。 随着距离的增加，它表现出与比率的密切关系，通过扩展减小的冲击速度与距离的平方成反比，但由于上述有利因素，判断。 另一方面，喷嘴到基板的距离不应该影响聚焦系数β的值

如喷嘴与基板的距离不同时

喷嘴与基板的距离为1,2,3,5时，焦距因子增加，稍微变化为54.64,67.56,68.19，为了证实这一点，将有最多实验数据的标准条件，即当距离为3cm时获得的β值原样应用于其他距离，并且将斜率设置为h /β。该配件显示回归结果不相等。可以再次确认已经在距离关系中获得的数据的可靠性。该图表明，虽然X点的存在与前一图相比并不清晰，但可以看出，四条直线在类似点上相遇，并且以前的结果可以在没有重大修改的情况下被接受。

（4）喷嘴长度的影响

随着喷嘴长度的增加，可以看到疤痕的半径同时变大（当使用相同的二氧化碳）。其中各直线的，但在两个不同的斜率和截距没有在图片中表达，也表示出了喷嘴朝向一个点作为基材的作用。二氧化碳，其与范围内的区域中使用，即在实验仍进一步确认喷嘴的长度，以获得一个更大的疤痕区域。如果它低于这个点X，用长喷嘴进行表面清洁被认为是重要的。如果喷嘴的长度不可避免地短于装置的结构，则可以通过使用更多的二氧化碳或通过如上所述移动喷嘴来移动超过x点。

图8.不同喷嘴长度的瘢痕半径与CO2供应质量的关系

结果表明，剥离面积为1 m 2的相应涂层膜所需的最小离散像素进给质量值与喷嘴长度成反比。喷嘴长度与清洁速度之间关系原因之一。由于结块，干冰颗粒的尺寸大于长冰刀片的尺寸，但到目前为止，这种关系不太可能因此而改变。更根本的因素是干冰与离开喷嘴传播确定喷嘴长度较长逐渐多了抑制干颗粒的直窄快流速，这也是根本的原因。根据图8中喷嘴长度的聚焦系数β的变化可以很好地解释这一点。换句话说，正如预期的那样，反映了根据喷嘴长度减少羽流扩散的效果，表明聚焦系数逐渐增加。

3.5目标底物的可变效应

（1）涂层厚度的影响

到目前为止，所有变量都是与影响发生前上游工艺条件有关的变量。 接下来，我们来看看变量对冲击涂层的影响。 首先，我们首先检查涂层厚度的影响。 涂层的厚度是射流的下游与使射流无影响的情况不同，完全不影响聚焦系数β的值。 这是通过喷嘴喷射干冰之后的可变元件之一，这已经在喷嘴与基板之间的距离中得到确认，这对喷雾液滴羽流的扩散没有影响。 图9显示了疤痕半径如何受不同的厚度，涂层实验中注入二氧化碳质量对数值的影响。 但是，可以看出，随着涂层厚度的增加，初始值显着偏离线性，表面损伤，裂缝的产生等。

它表明它与地板露出后的不同。 此外，由于我们确信β的值本次是恒定的，而不是直接回归，因为我们的数据量很少，所以我们试图通过将倾斜设置为大多数数据的标准条件来归纳。 结果在同一图中以直线显示，但似乎在获得线性方面没有太大困难。

图9.去除涂层单位面积所需的二氧化碳质量。

图10.去除涂层单位面积所需的CO2质量。

这里得到的Qc值如图3所示。 在图片中

还绘制了直接获得的没有斜率假设的Qc值。 这两个值之间没有显着差异，这表明β值是恒定假设的有效性。

（2）涂层老化的影响

通常，涂层会随着时间的长短，变得越来越坚硬。 即根据涂层经过时间在相同条件下进行实验，根据涂布时间的不同，这种现象可能会有很大不同。 正如之前所预测的那样，涂层的时间以及涂层的厚度，将不会影响清洗的价值。

Qc的结果如表1所示，其中β的常数值是相同斜率的结果。 然而，随着涂层老化，Qc值显着增加。当使用30cm喷嘴时，每个数据的线性度和两个数据的平行度在低二氧化碳质量值，有一个完全不同的效果。 其中之一是30小时30天的数据间隔小于其他数据的间隔。 这是30cm喷嘴具有非常强的清洁能力。

 因此，即使进行老化，可以看出通过30cm的长喷嘴进行清洁仍具有相当大的清除能力。 另一方面，如果使用大量的二氧化碳，30小时后的涂层几乎没有疤痕半径的增加，即除去完成。这也是30Cm喷嘴可以通过喷嘴的强去污力和老化涂层的特性来解释。 也就是说，使用30厘米喷嘴，老化较少相对容易清洁，因此如果预先增加疤痕半径并且半径充分增加，则半径不会再增加。 但是，与先前的普通情况一样，旧的从中心剥离，并且当边缘老化长时间老化时，预先准备好裂纹或撕裂以用于先前裂纹的细微冲击。

如上所述，根据涂层的特性，如果老化和涂覆深度的影响与干冰喷射的影响不同，则如果已知流量的性能，便意味着它可以是一个非常好的技术。 因此，如果数据可以根据涂层的性质而积累更多，则可以使用干冰喷射来清洗涂层性能。

4.结论

通过这项研究发现，干冰清洗的清洁力对冲击力要求最大。首先会刮擦污染物表面并将其破裂，去除污染物，揭示与一般化学洗涤不同的路径。

通过这项研究，我们可以将清洁能力表示为Qc，其表示清洁1平方米的Huchings型洗涤区域所需的干冰质量kg和代表光束或羽流浓度的无量纲数，即聚焦系数β。该结果不仅可以用于干冰清洁方法，而且可以直接与其他清洁方法的清洁速度进行比较。作为实验的结果，发现二氧化碳的供应速率不受Qc和聚焦系数β的影响。此外，Qc随着喷嘴长度的增加而减小，喷嘴 - 基板距离增加，并且随着载气流量增加，涂层厚度增加。另一方面，在该实验中聚焦系数β不受输送气体流量的影响，但预计影响实际流量。这个值只有在气溶胶射流的形状达到喷嘴尖端时才会改变，而不是在定义了羽流的下游。因此，薄膜厚度和薄膜老化之间没有关系，只有喷嘴 - 基体距离和喷嘴之间没有关系我知道这与长度有关。 有人建议，这种方法可以通过Qc和β这种相互矛盾的交叉检验关系来分析膜的特性。 另一方面，在喷嘴长度和喷嘴 - 基板距离等Hutchings图（r对ln m）中，斜率不同，在直线相交于不同的值的情况下， 会见的趋势被发现。 我们不知道为什么我们只会遇到毒性问题，但我们认为交叉的原因在于这些变量存在增加和抑制影响区域（疤痕区域）的趋势，这在操作中非常重要。

致谢

这项研究得到了烟台突驰机电科技有限公司研究基金的支持

参考相关文献

[1] R. Sherman，二氧化碳除雪法，颗粒表面5和6：检测，粘附和去除，Ed。 Mittal，K.L.，VSP，1999，pp221-237。

[2] S. Kashu，E. Fuchita，T. Manabe和C. Hayashi，使用气体喷射沉积超细颗粒，日本。 J. Appl。 Phys。，23（1984），L910-912。

[3] W.H. Whitlock，W.R.Weltmer Jr.和J.D.Clark，Apparatus and Method for Removing Minute Particles from a Substrate，美国专利4806171,1989。

[4] L. Layden和D. Wadlow，高速二氧化碳雪清洁真空系统表面，J. Vac。科学。TECHNOL。 A8（1990）3881-3883。

[5] R.谢尔曼和W.惠特洛克，从硅晶片去除碳氢化合物和硅油脂污渍，J.Vac。科学。TECHNOL。B8（1990）

[6] R. Sherman，J. Grob和W. Whitlock，使用CO2 Snow的干式表面清洁，J. Vac。科学。 TECHNOL。 B9（1991）1970-1977。

[7] R. Sherman和D. Hirt和R. Vane，表面清洁与碳Dioixde雪喷射，J. Vac。科学。 TECHNOL。 A 12（1994）1876-1881。

[8] E.A. Hill，二氧化碳雪测试和实验，精密清洗，1994年2月，36-39。

[9] C.N. Yoon，H.T. Kim，S.G.Kim和B.H. Min，通过低温气溶胶喷射清除表面污染物，韩国化学杂志。 Eng。，16（1999），96-103。

[10] R.C.米勒III，二氧化碳爆破的基础研究：一个实验和数值分析表面清洁的颗粒负载湍流射流，博士。学位论文密歇根理工大学，1994年。

[11] P.H. Shipway and I.M.Hutchings，“喷嘴粗糙度对气体喷射侵蚀钻具中的条件的影响，磨损162-164（1994），148-158。

[12] R.I. Trezona和I.M. Hutchings，涂料对多种固体颗粒的影响：涂层厚度和基底材料的影响，有机涂层进展41（2001），85-92。