干冰清洗方案(简).doc

北京汇捷伦科技有限公司

干冰清洗技术
今天，干冰清洗这项新技术被广泛应用于许多领域，从粘结牢固的溶渣清除到精密的半导体元件和印刷线路板清洗都很有效。干冰清洗无需拆装设备，可高温在线清洗，对设备没有损伤。与传统的有毒化学清洗，高压水射流清洗以及磨损性喷砂清洗、玻璃微珠清洗不同，干冰清洗利用高速气流中的干冰颗粒去除表面污垢，干冰颗粒瞬时气化，没有残留，没有二次清理残留废物的麻烦和高额费用。
什么是干冰？
干冰是CO2的固态存在形式，CO2常态下是一种无色无味的气体，自然存在于空气中，虽然CO2在空气中的含量相对而言很小（体积比大约占0.03%）但它却是我们所认识到的最重要的气体之一。
CO2是维持生命的一种自然物质，它是碳循环中一个关键元素。它是农作物所含碳水化合物中碳元素的唯一来源，促进植物生长；它有助于缓和大气温度。动物的呼吸每天向大气中排放2800万吨CO2，与之相比，美国CO2工业每日只能供应25000吨CO2。95%的CO2是从其它产品中的副产品中得到，用合成方法得到的CO2不到总产量的0.04%。
在-78℃低温，CO2以固体形式存在。在常压下，固体CO2直接升华，没有液化过程，这一特性意味着喷射介质彻底消失，只留下原有污垢碎片待处理。另外，不能用水清洗的地方，现在用干冰清洗完全可以做到。
喷射所用CO2的等级与食品和饮料工业所用CO2是一样的，经美国农业部（USDA），食品与药物（FDA）管理局以及环境保护局（EPA）验证是安全，可靠的。CO2是一种无毒，易液化的气体，它很便宜并且易于保存。同样重要的是，它不导电并且没有可燃性。
CO2是工业生产过程中的一种副产品，如发酵过程和石油精炼过程，均产生高纯度CO2。这些生产过程中产生的CO2被收集、贮存起来待用，当喷射过程中CO2升华排放到大气中时，并没有新的CO2产生。只是原来的CO2副产品在重新利用后被排放掉了。
表1列出了CO2的物理特性。
表1：CO2特性
分子量44.01
密度（固态）1560kg/m3(-78℃)
密度（液态）1019kg/m3(-17.8℃)
密度（气态）2kg/m3(0℃)
熔点-57℃
沸点-78.5℃
液体转化为气体比率8.726SCF(气体)/LB
(液体-17.8℃,压力21kg/cm2)
液体转化为固体比率0.46（-17.8℃）
0.57（-48.3℃）
干冰清洗是怎么样工作的？
基本过程：
与喷钢砂，喷玻璃砂，喷塑料砂和喷苏打相似，干冰喷射介质干冰颗粒在高压气流中加速，冲击要清洗的表面。干冰清洗的独特之处在于干冰颗粒在冲击瞬间气化。干冰颗粒的动量在冲击瞬间消失。干冰颗粒与清洗表面间迅速发生热交换。致使固体CO2迅速升华变为气体。干冰颗粒在千分之几秒内体积膨胀近800倍，这样就在冲击点造成“微型爆炸”。由于CO2挥发掉了，干冰清洗过程没有产生任何二次废物，留下需要收集清理的只是清除下来的污垢。
象其它喷射介质一样，干冰颗粒的动量取决于其质量和速度，由于干冰密度相对较低，要达到所需要的冲击能量主要取决于干冰颗粒的速度。
与其它喷射介质不同，干冰颗粒温度极低（-78℃）。这样的低温使干冰清洗具有独特的热力学性能，影响粘附污垢的机械性能。由于干冰颗粒与清洗表面间的温度差,就发生热冲击现象。材料温度降低、脆性增大,干冰颗粒能够将污垢层冲击破碎。参考图2、图3。
图2热冲击导致污垢层皲裂.

图3CO2气化膨胀和颗粒动量传递清除污垢.
具有不同热膨胀系数的两种不同材料,它们之间的温度差会破坏两种材料间的结合。在从金属物质上清除非金属污垢时,这样的热冲击现象最为明显.
干冰清洗对清洗对象的影响：
许多客户关心清洗过程中的热冲击对清洗母体金属的影响。研究表明,温度的降低只发生在金属表面,不会对金属造成破坏。有一个实验演示了这样一个原理。在这个实验中,热电隅被埋入钢锭的不同深度(从表面到2mm深).参考图4.
图4热电隅离表面的距离.

持续对实验样品进行干冰喷射30秒(干冰清洗中相对很长的一段时间)，热电隅记录下了不同深度的温度变化.如图5所示,在表面安装的热电隅显示了每次直接喷射的温度下降值(5秒内下降50℃)。相对比，埋入不同深度的热电隅温度缓慢下降,30秒后2mm深的热电隅只下降了10℃。这个曲线表明：“热冲击”只发生在污垢与基体结合的表面,对清洗对象没有损伤.
图5不同深度热电隅的温度变化

另外研究干冰清洗热冲击的办法是观察其在橡胶模具中的应用.这个应用中,温度超过150℃的模具直接被-78℃的干冰颗粒喷射,两者之间的温度差并不会导致模具破裂。这个现象有两个原因。首先,如上所述,降温只发生在表面;其次,这样的热冲击远小于普通热处理中模具所遇到的热冲击.
即使在很高的速度下,直接冲击清洗表面，干