干冰清洗机机制

为了提高清洁效果，在气体射流中加入细颗粒作为研磨介质; 这个过程被称为喷砂。 金属，氧化物以及有机化合物可用作研磨介质。 然而，硬质研磨介质在撞击清洁物体的易碎表面后会造成损坏。 特别是应该避免精确清洁。 Hoenig [1986]证明，需要在表面上使用软质材料流动的清洁系统去除较小的颗粒。 二氧化碳是最合适的软质材料，因为它在极其干净的条件下可用，并且成本较低且有毒。

含有干冰颗粒的射流可以通过两种方法生产。一种方法是在单独的生产过程中提供预制的干冰颗粒;然后将它们添加到压缩空气流中。可以用喷嘴进一步加速混合流动。另一种方法是通过喷嘴直接膨胀液态二氧化碳。后者更简单，更方便访问;因此，它通常用于工业应用。当清洁表面时，在撞击射流中滞留区域中的空气动力学阻力通常较弱，并且不能容易地去除附着在表面上的颗粒。然而，它们可以通过干冰颗粒的碰撞有效地去除，因为它提供了足够的动量传递。干冰喷射，即气态二氧化碳和干冰颗粒的气固两相射流，能够去除颗粒污染物和有机残留物[Hoenig，1986]。由于干冰颗粒在冲击后最终会升华为二氧化碳气体，因此干冰颗粒不会沉积;但是，应考虑二氧化碳中的杂质。

为了评估干冰喷射的清洁效果，显示压力和时间之间关系的抽空曲线已用于清洁真空部件。 [Layden和Wadlow，1990]。 通常采用粘附在表面上的颗粒的初始数密度与清洁后残留颗粒的数密度之间的比较来直接评估颗粒污染物的清洁效果。 Dangwal等人。 [2007]利用场发射扫描显微镜（FESM）结合高分辨率二次电子显微镜（SEM）和能量色散X射线分析（EDX）来研究干冰喷射后Cu和Nb表面的场发射性质。

为了评估有机污染物的清洁效果，X射线光电子能谱[Sherman et al。，1994; Sherman，2007]和红外光谱[Hills，1995]已被用于分析清洁前后有机污染物的组成。 Hills表明，薄膜有机污染物的去除效率很大程度上取决于有机薄膜在液态CO2中的溶解度。

最近，干冰喷射也被引入大气等离子喷涂，并显示出有效改善金属，合金和陶瓷涂层的性能[Dong et al。，2011]。 与大多数关注连续干冰喷射清洁效果的研究不同，Yang等人。 [2007]通过使用Taguchi方法（一种用于最佳系统设计的统计方法），证明了用于去除互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器表面上的颗粒的脉冲干冰喷射系统的优化。 结果，可以实现干冰喷射系统中较少的CO 2消耗。 在这种优化中，没有考虑液态CO2的物理性质; 然而，Sherman [2007]提到液态CO2源的输入压力可能会影响清洁效果。

干冰喷射的喷嘴设计和系统表征

干冰喷射装置中的粒度控制

干冰颗粒的大小和浓度将对应用产生很大影响。干冰颗粒的形成取决于温度，压力和射流条件。这些因素与扩展仪器的设计有关;因此必须精确控制操作条件以满足各种应用需求。已经研究了膨胀喷嘴的设计以有效地生产初级干冰颗粒，Whitlock等。 [1989]提出了一种包括多个膨胀喷嘴的特殊设备，其中聚结室连接在其间。大液滴被认为是微小干冰颗粒的前体;因此，用于在进入第二孔之前产生大液滴的聚结室是重要的。 Swain等人。 [1992]将液态CO2从孔口扩散到隔热室中以形成小的干冰颗粒，然后将小颗粒保留在腔室中，直到小颗粒聚集成大颗粒。在该过程中，与小的干冰颗粒相比，形成大的干冰颗粒有利于每单位时间清洁更大的表面积。大的干冰颗粒不会像小的那样迅速升华，从而能够存活更长时间并沿更长和更宽的路径去除更多的污染物。此外，每个大的，快速移动的干冰颗粒比小的颗粒具有更多的动能，因此，更有效地去除附着在被清洁的基板表面上的污染物。

然而，由于清洁对象非常脆弱，大的干冰颗粒的冲击会损坏表面。 为了防止这个问题，斯特拉特福德[2003]提出了一种干冰喷射系统，它提供了一种有用的，精细聚焦的干冰粒子束，其尺寸小于8.9毫米，空气消耗量减少了一个数量级，并显着降低了噪音。 此外，Broecker [2010]提出了一种介质喷射喷嘴，其包括介质尺寸改变器，以改变干冰颗粒的尺寸以清洁表面。 当将初始一致尺寸的干冰颗粒引入介质喷射喷嘴时，颗粒与一个或多个介质尺寸改变构件撞击，产生更细的颗粒。