CN102458624B - 包含不同平均尺寸的粒子的经烧结多孔材料 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种多孔薄膜,其包含第一平均尺寸的第一金属粒子粉末与第二平均尺寸的第二金属粒子粉末的掺合物,第一粉末与第二粉末经烧结在一起。第一平均尺寸比第二平均尺寸大5至50倍。多孔薄膜包含从40%(重量)至60%(重量)的第一粉末。
Description
相关申请案
本申请案主张在2009年6月18日申请的美国临时申请案第61/218,310号的权益,将上述申请案的整个教示以引用方式纳入本文中。
技术领域
本发明为关于多孔薄膜及其应用。
背景技术
晶圆制程速度时常受到加工器具的承载互锁(loadlock)中所花费的“排气口向上(vent up)”及“排气口向下(vent down)”时间的限制。此速度在1990年代随着承载互锁扩散器(多孔薄膜)的引入而大幅增加,此扩散器允许快速的室排气而不产生紊乱的气流型式,其可能扰乱粒子,因此污染工作件。该等扩散器的实例包括以镍薄膜为基准的产品的Entegris ChamberGardTM(取自Entegris,Chaska,MN)系列。由于此薄膜的本性,扩散器亦充当为粒子滤器,提供具有至多9的对数减少值(LRV)(亦即99.9999999%的污染物移除率)的3奈米过滤。
称为FV-50的ChamberGardTM平板式扩散器(薄膜)系经设计用于45psid的最大操作压力。在此压力下,其具有100,000次循环的保固寿命。较高的循环次数可能有利于现今的单晶圆器具。FV-50为藉由将2-微米镍粉末烧结成具有0.100英寸厚度及65%孔隙度的板中而制得的产品。材料提供向下至3奈米粒子尺寸的9LRV值。材料理论上适合作为具有扩散气体均匀遍布于表面的细孔结构的扩散器(薄膜)。
近年来,且特别随着单晶圆加工而对进一步增加承载互锁室排气速度有需求。许多最终使用者增加承载互锁室扩散器的惰性气体供应压力,以增加流速且减少排气时间。结果,循环寿命次数亦戏剧性地增加。承载互锁扩散器/滤器承受更高压力及更多次循环,于是彼等系经设计以供操作。
目前的金属扩散器(薄膜)亦充当高效率滤器。该等滤器具有藉由烧结细金属粒子(不超过10微米平均尺寸)而达成的高表面积及高孔隙度物体。在与聚合物材料相比时,该等材料虽然强固且结实,但是有彼等的限制。此特别系在处理平板的情况时。因为单晶圆室经设计为非常浅,使体积减至最小,所以平板式扩散器(薄膜)的使用经证明比管状元件极为卓越,以提供更平滑的气流,同时紧缩成更小的室体积。
仍对可制成平板形式,可抵挡经数百万次循而不于室内产生气流紊乱的高气体压力,且全部提供高效率微粒过滤的滤器/扩散器有需求。
发明内容
在一个具体实例中,本发明为一种多孔薄膜,其包含第一平均尺寸的第一金属粒子粉末与第二平均尺寸的第二金属粒子粉末的掺合物,第一粉末与第二粉末经烧结在一起。第一平均尺寸比第二平均尺寸大5至50倍,且多孔薄膜包含从40%(重量)至60%(重量)的第一粉末。
在另一具体实例中,本发明为一种气体扩散器装置,其包含具有入口和出口的外壳及配置在外壳内与入口和出口以流体相通的多孔薄膜。多孔薄膜包含第一平均尺寸的第一金属粒子粉末与第二平均尺寸的第二金属粒子粉末的掺合物,第一粉末与第二粉末经烧结在一起。第一平均尺寸比第二平均尺寸大5至50倍,且多孔薄膜包含从40%(重量)至60%(重量)的第一粉末。
在另一具体实例中,本发明为一种气体扩散器装置,其包含具有入口和出口的外壳及配置在外壳内与入口和出口以流体相通的多孔薄膜。多孔薄膜为具有从0.2公分至0.5公分厚度、在0.1微米粒子和3slpm/平方公分的速度的气体中具有至少6的对数减少值及每平方英寸至少300磅的爆裂压力的平板。多孔薄膜包含第一平均尺寸的第一金属粒子粉末与第二平均尺寸的第二金属粒子粉末的掺合物,第一粉末与第二粉末经烧结在一起,其中第一平均尺寸比第二平均尺寸大5至50倍,且多孔薄膜包含从40%(重量)至60%(重量)的第一粉末。
在另一具体实例中,本发明为一种纯化气流的方法。此方法包含引导气流经过多孔薄膜。多孔薄膜包含第一平均尺寸的第一金属粒子粉末与第二平均尺寸的第二金属粒子粉末的掺合物,第一粉末与第二粉末经烧结在一起。第一平均尺寸比第二平均尺寸大5至50倍,且多孔薄膜包含从40%(重量)至60%(重量)的第一粉末。
多孔薄膜最好具有比先前用于气流纯化的材料更高的爆裂强度,同时保留高流通量及过滤效率。
附图说明
前述内容将从下列如伴随图式所说明的本发明的具体实例更特别的叙述显而易见,图中相同的参考符号系指在所有方面不同的观点中的相同部件。
图1为显示先前技术领域的多孔薄膜的扫描电子显微照片(SEM,2000倍放大);
图2和图3分别为本发明的多孔薄膜的SEM(图2系1000倍放大,图3系200倍放大),该多孔薄膜包含具有50微米平均尺寸的第一镍粒子粉末及具有2微米平均尺寸的第二镍粒子粉末;
图4为本发明的装置的例示性具体实例的示意图;
图5为以穿过本发明不同的多孔薄膜的压力为函数的压力降(可调整的T)的图形;
图6为以本发明不同的多孔薄膜所测量的孔隙度为函数的100slpm下的压力降(可调整的T)的图形;
图7为以本发明不同的多孔薄膜所产生的孔隙度为函数的对数减少值(LRV)的图形;
图8为以施力为函数所测量的本发明的各种薄膜的偏差(由于压力而移动)的图形;
图9为以穿过薄膜的微差压力为函数所测量的经过本发明的各种多孔薄膜的流速(出口维持在大气压力下)的图形。
具体实施方式
词汇
在叙述各种组成物及方法的同时,应了解本发明不受限于所述的特别分子、组成物、方法或议定,因为彼等可改变。亦应了解在说明书中所使用的术语只以叙述特别的变型或具体实例为目的而已,并不意欲限制本发明的范畴,其仅以所附申请专利范围限制。
如本文及所附的申请专利范围中所使用的单数形式“a”、“an”及“the”包括复数个指称,除非上下文另有明确地指述。除非另有定义,否则在本文所使用的所有技术及科学术语皆具有与一般熟习所属技术领域者共同了解的相同意义。与那些本文所述者类似或等同的方法及材料可用于本发明的具体实例的实施或测试。将本文述及的所有刊物以引用方式纳入本文中。本文没有任何事物被解释为承认由于先前的发明而使本发明没有提前此等揭示的权利。“视需要的”或“视需要地”意谓随后叙述的事件或情况可发生或可不发生,且叙述包括其中事件发生的场合及其中事件不发生的场合。所有数值在本文皆可以术语“约”或“实质上”修饰,不论是否明确地指述。术语“约”或“实质上”通常系指熟习所属技术领域者认为等同于所引述的值的数量范围(亦即具有相同的功能或结果)。在一些具体实例中,术语“约”或“实质上”系指±10%的陈述值,在其它的具体实例中,术语“约”或“实质上”系指±2%的陈述值。虽然组成物及方法系以“包含”各种组份或步骤为角度叙述(诠释为“包括,但不限于此”的意义),但是组成物及方法亦可“基本上由各种组份及步骤所组成”或“由各种组份及步骤所组成”,此等术语应被诠释为基本上限定封闭的成员群组。
如本文所使用的术语“LRV”系指“对数减少值”,其为在指定的流速(或气体速度)下对指定的粒子尺寸及材料厚度的过滤效率的量度。1的LRV值意谓90%的污染物被滤器保留。2的LRV意谓99%的污染物被滤器保留。3的LRV意谓99.9%的污染物被滤器保留,等等。可选择任何的流速(气体速度)、粒子尺寸及材料厚度值来测量本发明的多孔薄膜的LRV。一般熟习所属技术领域者可了解特定的值攸关方便性、实验设置及/或意欲用途。例如,在一个具体实例中,LRV可在约3slpm/平方公分的速度下以具有100奈米平均尺寸的粒子及约0.4公分(例如,0.44公分)的材料厚度测量。另一选择地,LRV可在约3slpm/平方公分的速度下以具有10奈米平均尺寸的粒子及约0.4公分(例如,0.44公分)的材料厚度测量。另一选择地,LRV可在约3slpm/平方公分的速度下以具有3奈米平均尺寸的粒子及约0.4公分(例如,0.44公分)的材料厚度测量。
如本文所使用的滤器(例如,多孔薄膜)材料的〝强度〞系指材料将爆裂的气体压力,其系在薄膜经装配成以固定的平板方式在圆周上熔接的圆盘时。测量强度的典型压力为300psi。
如本文所使用的术语“流通量”系指在固定压力下经过滤器的固定横截面的流速。
如本文所使用的单位材料的总内部表面积为以Brunauer-Emmett-Teller(BET)法所测量的值。总之,可使用藉由气体分子的物理吸附的BET法计算固体表面积。一般熟习所属技术领域者或表面物理技术者能够使用BET法而无不当的实验测量本发明的多孔材料的总内部表面积。
如本文所使用的术语“起泡点”系指藉由起泡点压力试验所获得的压力值。起泡点压力试验测量强迫气体(例如,空气)经过事先以液体弄湿的多孔薄膜的孔所必要的压力。液体可为水、异丙醇(IPA)、甲醇、乙醇或任何其它适合的液体。
如本文所使用的每平方英寸1磅等于6,894.8帕斯卡。100千帕斯卡等于1巴。
如本文所使用的“slpm”为在0℃及1.01巴压力下使用氮气流所测量的流动单位,每分钟的标准公升。
本发明的多孔薄膜
已发展出并入具有高强度及长寿命循环能力的细孔结构的材料。此系藉由将至少一种细金属粒子粉末与至少一种粗金属粒子粉末掺合,接着将掺合物烧结在一起而实现。当此材料并入例如现有扩散器(薄膜)设计时,诸如(但不限于此)由Entegris,Inc.所制造的FV-50,此材料能够操纵每平方英寸至多75磅微差压力的压力(psi微差或“psid”)及大于1,000,000次寿命循环,同时对气体中的0.003微米粒子提供至多6对数粒子减少值。另外,经烧结薄膜保留单独使用细镍粉末所制得的经烧结多孔薄膜的流动轮廓。
据此,在各种具体实例中,本发明包含烧结在一起的至少一种细金属粉末与至少粗金属粉末的掺合物的平板薄膜,每个粉末包含金属粒子。细及粗粒子具有可差别约5至约50倍的不同的平均尺寸,在一些具体实例中,细及粗粒子具有可差别50或更多倍的不同的平均尺寸。
在一个具体实例中,本发明为一种多孔薄膜,其包含第一平均尺寸的第一金属粒子粉末与第二平均尺寸的第二金属粒子粉末的掺合物,第一粉末与第二粉末经经烧结在一起。在某些具体实例中,可使用额外的粉末(第三、第四等)。
较佳地,第一平均尺寸比第二平均尺寸大5至50倍。在一些具体实例中,多孔薄膜包含从40%(重量)至60%(重量)的第一粉末,多孔薄膜的孔隙度较佳从37%(体积)至50%(体积),多孔薄膜的孔隙度更佳从42%(体积)至48%(体积)。
在某些具体实例中,第一平均尺寸系从约40微米至约60微米,而第二平均尺寸不超过约2微米,较佳地,第一平均尺寸为约50微米,而第二平均尺寸为约2微米。
在本发明的多孔薄膜中所使用的金属粒子可包括适合于需求应用的任何可烧结的金属的粒子,如进一步叙述如下者。例如,金属可选自铁、铬、镍、含有镍与钢的合金。另一选择地,金属可为耐火金属,诸如铌或钼,贵金属,诸如金或银,或超合金,诸如(可取自Special Metals Corporation,NewYork,U.S.A.的镍-铬合金系列)或(可取自Haynes International Inc.,Indiana,USA的以镍为主的合金系列)。第一粉末的金属粒子及第二粉末的金属粒子较佳地各自独立选自镍或不锈钢。在一些具体实例中,第一粉末的金属粒子及第二粉末的金属粒子系各自选自镍。
在例示性具体实例中,本发明的多孔薄膜对0.1微米粒子、3slpm/平方公分的气体速度及0.4公分厚度薄膜显出从4至6的对数减少值(LRV)。较佳地,多孔薄膜对0.1微米粒子、3slpm/平方公分的气体速度及0.4公分厚度薄膜具有6或更高的对数减少值(LRV)。另一选择地,本发明的多孔薄膜对0.003微米粒子、3slpm/平方公分的气体速度及0.4公分厚度薄膜显出从4至6的对数减少值(LRV)。较佳地,多孔薄膜对0.003微米粒子、3slpm/平方公分的气体速度及0.4公分厚度薄膜具有6或更高的对数减少值(LRV)。
在例示性具体实例中,本发明的多孔薄膜显出从4至8psi的水起泡点。
本发明的一个具体实例为一种多孔扩散器(薄膜),其包含约40%(重量)至约60%(重量)的具有第一平均尺寸的第一组金属粒子与扩散器(薄膜)剩余部分构成的第二组金属粒子的掺合物,该第二组金属粒子具有比第一组金属粒子更小的第二平均尺寸。第一组金属粒子经烧结在一起,将第二组金属粒子彼此烧结且与第一组金属粒子烧结。扩散器(薄膜)具有在约37%(体积)至约50%(体积)的范围内的孔隙度且扩散器(薄膜)的孔分布于整个扩散器(薄膜)物体中。扩散器(薄膜)对0.1微米粒子和3slpm/平方公分的气体速度具有4的LRV至6的LRV。薄膜可具有从0.2公分至0.5公分厚度。例如,薄膜可为约0.4公分厚的扩散器。扩散器(薄膜)可具有任何直径。例如,薄膜可具有5.2公分直径。扩散器(薄膜)具有每平方英寸至少300磅(psi)的爆裂压力,较佳为大于350psi。另一选择地,LRV系在除了粒子具有0.003微米平均尺寸以外的相同条件下测量。
在本发明的一些具体实例中,第一组粗金属粒子具有约40微米至约60微米平均尺寸,而该第二组金属粒子具有约2微米或更小的平均尺寸。在一些变型中,第二组金属粒子具有约2微米平均尺寸。
在本发明变型中的扩散器(薄膜)可具有介于约42%(体积)与约48%(体积)之间的孔隙度及对气体中的0.1微米粒子具有6或更高的LRV。另一选择地,在本发明变型中的扩散器(薄膜)可具有介于约42%(体积)与约48%(体积)之间的孔隙度及对气体中的0.003微米粒子具有6或更高的LRV。
扩散器(薄膜)在75psid的1百万次压力循环之后维持完整,其中压力循环具有约2秒持续期。
在本发明的一个变型中,第一组金属粒子为具有约50微米尺寸的镍及第二组金属粒子为具有2微米尺寸的镍。从该等粒子制成为具有5公分直径的平板的0.44公分厚的扩散器(薄膜)可以对气体中的0.1微米粒子具有至少6的LRV特征化,扩散器(薄膜)具有介于每平方英寸4磅与8磅之间的水起泡点、5slpm/平方公分的每单位面积的氮气流(在每平方英寸18磅的压力出口下)及大于350psi的爆裂压力。另一选择地,LRV系在除了粒子具有0.003微米平均尺寸以外的相同条件下测量。
在本发明的变型中,可将两种不同尺寸(在一些变型中超过两种)的可烧结的粉末烧结在一起。在本发明的一些变型中,可烧结的粉末包括抗蚀性材料,诸如(但不限于此)镍、含有镍的那些合金、如不锈钢的合金及类似物,诸如在美国专利第5,487,771号中所揭示者,将其全文以引用方式纳入本文中。在一些变型中,金属粒子为镍。在掺合物中的小金属粒子粉末的尺寸系经选择以提供0.003微米试验粒子在用于仅由小粒子所制成的经烧结滤器的标准粒子减少条件下(例如,用于Entegris FV-50滤器的试验条件)约9或更高的LRV的气体粒子减少值的表面积。大或粗金属粒子的尺寸可经选择,使得彼等与小粒子混合时可在介于每平方英寸800磅与每平方英寸1500磅之间的压力下压制成凝聚的压坯(亦即未经烧结的压实粉末)。粗粒子可具有在与40%(重量)至60%(重量)的小粒子量混合时提供具有下列孔隙度及压力降的经烧结多孔薄膜的尺寸:在40%(体积)至60%(体积)的范围内的孔隙度及在约±20%的由单独的小粒子所制成的滤器的压力降内的压力降。在本发明的一些变型中,粗粒子可具有在与40%(重量)至60%(重量)的小粒子量混合时提供具有下列孔隙度及压力降的经烧结多孔薄膜的尺寸:在40%(体积)至60%(体积)的范围内的孔隙度及在约±10%的由单独的小粒子所制成的滤器的压力降内的压力降。
可烧结的小或细粒子具有10微米或更小的尺寸。可烧结的粗或大粒子可具有10微米或更大的尺寸。
在本发明的变型中,经烧结多孔薄膜具有不取决或不太取决于总孔隙度及粉末掺合物百分比的LRV。当然,为了达到最大的LRV,将材料厚度增加。
本发明的多孔薄膜的外观可参考图1、图2和图3进一步了解。图1为显示先前技术领域的多孔薄膜的SEM显微照片,其包含烧结在一起的经单分散(单一尺寸)金属粒子粉末。图2和图3分别为本发明的多孔薄膜的SEM显微照片(在不同的放大率下),其包含具有50微米平均尺寸的第一镍粒子粉末及具有2微米平均尺寸的第二镍粒子粉末。
包含多孔薄膜的气体扩散器装置
参考图4,在一个具体实例中,本发明为气体扩散器装置100,其包含具有入口104和出口106的外壳102。本发明的多孔薄膜108系配置于外壳102内,与入口104和出口106以流体相通。本文所述的任何多孔薄膜可用于装置100中。
在例示性具体实例中,装置100包含制造成具有0.1英寸或更多厚度的平板的多孔薄膜108。在一个具体实例中,装置100包含制造成具有从约0.2公分至约0.5公分厚度(h)的平板的多孔薄膜108。例如,薄膜108可具有约0.40公分或0.44公分厚度。薄膜108可具有任何直径。例如,薄膜108可具有5.2公分直径(D)。在另一具体实例中,多孔薄膜的对数减少值对气体中的0.1微米粒子为至少6。另一选择地,LRV系在除了具有0.003微米平均尺寸的粒子以外的相同条件下测量。在例示性具体实例中,气体扩散器装置100的多孔薄膜显出每平方英寸至少300磅(psi)的爆裂压力,较佳为大于350psi。
本发明的方法
在一个具体实例中,本发明为一种纯化气流的方法。此方法包含引导气流经过本发明的多孔薄膜。可使用本文所述的任何多孔薄膜。在一个具体实例中,可使用图4中所示的装置100纯化气流。
实施例
例示本发明的多孔薄膜系使用本文所述的方法制备。本发明的多孔薄膜的LRV值与起始粒子粉末的总孔隙度及组成物无关。在LRV与起始粉末组成物及薄膜孔隙度之间未发现可测量的关系。本发明的多孔薄膜的LRV系随最终经烧结多孔薄膜的生长厚度而增加。起始粉末的孔隙度及组成物可经修改而就所欲压力降裁制经烧结多孔薄膜。
在下述的实验中,本发明的多孔薄膜系使用Vale Inco 255型镍粉末(取自Novamet Specialty Products,New Jersey,USA的2微米丝状镍粉末)与“粗的”50微米200镍粉末(取自Specialty Metal Product Division,Pennsylvania,USA的镍粉末)的掺合物作为起始材料而制备。应注意Vale Inco255型镍粉末系用于制造多孔薄膜的EntegrisNF系列。NF薄膜系藉由烧结Vale Inco 255型粉末而制造。
实施例1:样品的制备
许多含有细粉末及粗粉末的薄膜系以下列表1中所示的比例制得。
表1
使用2.9英寸模具制得生坯形式,该制得系使用下列表2中所提供的施力(以磅计)及粗粉末百分比。估计以公分计的生坯形式厚度。亦提供以公克计的粗Ni粉末质量及以公克计的2微米粉末的细Vale Inco 255型质量:
表2
所有圆盘系在1050℃下于氢气中烧结1小时。
在1050℃下烧结造成在Vale Inco 255型粉末中的烧结黏合大于在较低温度下烧结。在大于1050℃的温度下烧结可导致表面积损失,接着降低本发明的多孔薄膜的LRV值。
孔隙度系从约37至51%为范围。先前实验显示在低于1050℃的温度下烧结造成经烧结多孔薄膜强度的大量损失。
最终的切割圆盘(47毫米)具有表3中所列的特性。(在表3中,质量系以公克(g)计,“Od”系以公分(cm)计的圆盘外直径,“t”系以公分(cm)计的圆盘厚度,ρ系以公克/立方公分(g/cc)计的圆盘密度,Po系以百分比计的孔隙度,及ID系指总孔隙度和粗粉末百分比。例如,“37/40”系指37%的总孔隙度及40%(重量)的50微米粉末。)
表3
因为厚度改变及后烧结压制可使结果偏斜,所以将所有的测量值皆调整至2.54毫米的标准厚度。一般熟习所属技术领域者可理解虽然在此实施例中的薄膜厚度系从约0.2公分改变至约0.31公分,但是不同的厚度可以方便性、意欲应用及所欲结果为基准予以选择。例如,薄膜厚度可从约0.2公分至约0.5公分的范围内选择。在一个实例中,厚度可采取在表3中所列的任何值。在另一实例中,厚度可为0.4公分。在又另一实例中,厚度可为0.44公分。
实施例2:压力降的测量
测量以表3中所列的多孔薄膜所产生的压力降(以“ID”识别)且将结果显示于图5中。在图5中,Y-轴为流速(q)/面积(a)(单位为公升/分钟/平方公分),而X-轴为压力(以磅/平方英寸计)。将压力降调整至2.54毫米的标准厚度。“NF薄膜”系指由Entegris,Inc.使用单一尺寸Ni粉末Vale Inco 255型所制造的平板多孔薄膜。
在图5中所呈现的数据显示具有最接近于NF薄膜的压力降的多孔薄膜为具有60%的50微米粉末、40%的Vale Inco 255型及42%的总孔隙度的材料。该等结果显示有可能减低以起始的经掺合粉末的组成物为基准的现有薄膜上的压力降。此结论系藉由测量以起始粉末掺合物的三种不同组成物的孔隙度为函数的压力降而进一步确认。将结果呈现于图6中。
实施例3:粒子减少及对数减少值的测量
本发明的薄膜的粒子减少及LRV系以Semi F38-0699“Test Method forEfficiency Qualification of Point of Use Gas Filter“为基准予以测量,将其全文以引用方式纳入本文中。下列表4陈列以“ID”所列的经选择薄膜的LRV值。
表4
1在具有4.74公分直径的2.54毫米厚度圆盘上以0.1毫米粒子在40slpm/平方公分下所测量。
那些一般熟习所属技术领域者以前公认具有最小的孔隙度及最低的粗粉末百分比的样品可具有最高的LRV。意外地发现未测量出本发明的薄膜的LRV受到孔隙度及起始掺合物中的粗粉末百分比的冲击。该结果系以图7中所示的图形说明。
在图7中所示的结果暗示对流动性能最优化的薄膜厚度增加(藉由例如调整孔隙度及/或起始的经掺合粉末的组成物)将造成较高的LRV。例如,关于从60%的50微米粒子的起始掺合物所制造且具有50%孔隙度的本发明的多孔薄膜(在表3中的50/60的ID),6的LRV值可以0.4公分厚度获得,且以5slpm/平方公分的气体速度对47毫米圆盘直径具有18psi的压力降。此流动可与经由以Entegris,Inc.所制造的现有NF薄膜比较。
应注意本发明的多孔薄膜显出接近于6的LRV值。该等值被认为是足以提供高效率过滤(99.99999%的效率)的高值。为了具有高LRV的材料,可增加材料的厚度,此亦增加强度。例如,从单一尺寸的2微米镍粉末Vale Inco255型所制备的0.180英寸厚度薄膜显出每单位面积的质量为0.8公克/平方公分。
实施例4:强度的测量
本发明的多孔薄膜的强度系以气体压力测量,当薄膜经装配成以固定的平板方式在圆周上熔接的圆盘时,使材料爆裂的压力。以Entegris,Inc.所制造的FV-50产品(从单一尺寸的50微米Ni粒子所制造的多孔薄膜)的具有2.05英寸直径及0.100英寸厚度的圆盘通常在介于75-100psi之间破裂。不可能以至多350psi的压力使相同尺寸的具有60%的50微米粉末的42%的孔隙度的圆盘破裂。
实施例5、6及7
在实施例5至7中所述(及以图8和图9的图形所说明)的所有测量皆使用图4中所示的装置进行。该装置的多孔薄膜系从ID:42/60的材料(如表3中所述)制造,具有0.44公分厚度及5.2公分直径的圆盘形状。
实施例5:偏差的测量
将本发明的两个多孔薄膜样品(称为FV-50DXL#1及FV-50DXL#2)与两个对照样品(称为FV-50D#1及FV-50D#2)比较。〝FV-50D〞为Entegris Inc.所制造的产品(从50微米Ni粒子所制造的多孔薄膜),而FV-50DXL为从ID:42/60的材料(如上所述)所制造的装置。
薄膜材料的偏差(由于压力而移动)系以施力为函数而测量。将结果显示于图8中。
就相同直径的圆盘而言,试验结果显示在对圆盘以每平方英寸50磅的入口压力下及以正常大气压力下的出口压力使本发明的多孔薄膜具有少于0.002英寸的偏差,甚至少于0.001英寸。
实施例6:起泡点的测量
起泡点测试表明本发明的多孔薄膜具有比藉由烧结单一尺寸的Vale Inco255型粉末所制备的多孔薄膜更大的孔尺寸。藉由烧结单一尺寸的Vale Inco255型粉末所制造的多孔薄膜在水中具有约10psi的起泡点,而经测试的本发明的多孔薄膜在约6psi下具有起泡点。
实施例7:以微差压力为函数的流速的测量
将本发明的多孔薄膜样品(称为FV-50DXL)与对照样品(称为FV-50D)比较。〝FV-50D〞为Entegris Inc.所制造的产品(从50微米Ni粒子所制造的多孔薄膜),而FV-50DXL为从ID:42/60的材料(如上所述)所制造的装置。
经过本发明的多孔薄膜的流速系以穿过薄膜的微差压力为函数测量。将结果与从具有各种平均粒子尺寸的单一尺寸的金属粉末所制造的多孔薄膜比较。实验系以如下方式进行。将气体(空气)引入在已知压力下的装置入口中。将出口压力维持固定在大气压力下。此气体的体积质量流速系以质量流量计测量。此测量系在数个不同的入口压力下进行。制作体积质量流速对入口压力的图形。
将结果呈现于图9中。如图可见,本发明的多孔薄膜的流动特性显示与从单一尺寸的粉末所制造的薄膜的密切相关性。
实施例8:经选择的多孔薄膜的性质总结
在下列表5中提供藉由烧结Vale Inco 255型镍粉末(2微米)及具有50微米平均粒子尺寸的“粗”镍粉末所制造的本发明的多孔薄膜的一个具体实例的性质总结。亦提供与藉由烧结单一尺寸的Vale Inco 255型镍粉末所制造的多孔薄膜的性质的比较。
表5
虽然本发明已参考其实施例的具体实例予以证明及叙述,但是那些熟习所属技术领域者应了解可于其中进行各种形式及细节的改变而不违背由所附申请专利范围所包含的本发明范畴。
Claims (27)
1.一种多孔薄膜,其特征在于,包含第一平均尺寸的第一金属粒子粉末与第二平均尺寸的第二金属粒子粉末的掺合物,第一粉末与第二粉末经烧结在一起,
其中第一平均尺寸比第二平均尺寸大5至50倍,且
其中该多孔薄膜包含从40%(重量)至60%(重量)的第一粉末,
其中该多孔薄膜的水起泡点系从4至8psi,且
其中该多孔薄膜对在具有3slpm/平方公分的速度的气体中的0.1微米粒子具有在0.4公分厚度薄膜上所测量的4或更高的对数减少值LRV,
其中该第一平均尺寸系从40微米至60微米,而该第二平均尺寸不超过2微米。
2.如权利要求1所述的多孔薄膜,其特征在于,该多孔薄膜的孔隙度系从37%(体积)至50%(体积)。
3.如权利要求1所述的多孔薄膜,其特征在于,该多孔薄膜的孔隙度系从42%(体积)至48%(体积)。
4.如权利要求1所述的多孔薄膜,其特征在于,该第一平均尺寸为50微米,而该第二平均尺寸为2微米。
5.如权利要求1所述的多孔薄膜,其特征在于,该第一粉末的金属粒子及该第二粉末的金属粒子系各自独立选自镍或不锈钢。
6.如权利要求1所述的多孔薄膜,其特征在于,该第一粉末的金属粒子及该第二粉末的金属粒子系各自选自镍。
7.一种气体扩散器装置,其特征在于,包含:
具有入口和出口的外壳;及
如权利要求1所述的的多孔薄膜。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,该多孔薄膜的孔隙度系从37%(体积)至50%(体积)。
9.如权利要求7所述的装置,其特征在于,该多孔薄膜的孔隙度系从42%(体积)至48%(体积)。
10.如权利要求7所述的装置,其特征在于,该第一平均尺寸为50微米,而该第二平均尺寸为2微米。
11.如权利要求7所述的装置,其特征在于,该第一粉末的金属粒子及该第二粉末的金属粒子系各自独立选自镍或不锈钢。
12.如权利要求7所述的装置,其特征在于,该第一粉末的金属粒子及该第二粉末的金属粒子系各自选自镍。
13.如权利要求7所述的装置,其特征在于,该多孔薄膜为具有0.1英寸或更多厚度的平板。
14.如权利要求7所述的装置,其特征在于,该多孔薄膜为具有从0.2公分至0.5公分厚度的平板,且进一步其中该多孔薄膜的对数减少值在0.1微米粒子和3slpm/平方公分的速度的气体中为至少6。
15.如权利要求14所述的装置,其特征在于,该多孔薄膜具有每平方英寸至少300磅的爆裂压力。
16.如权利要求14所述的装置,其特征在于,该多孔薄膜具有每平方英寸大于350磅的爆裂压力。
17.一种纯化气流的方法,其特征在于,包含:
引导气流经过如权利要求1所述的多孔薄膜,
藉此纯化该气流。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,该多孔薄膜的孔隙度系从37%(体积)至50%(体积)。
19.如权利要求17所述的方法,其特征在于,该多孔薄膜的孔隙度系从42%(体积)至48%(体积)。
20.如权利要求17所述的方法,其特征在于,该第一平均尺寸为50微米,而该第二平均尺寸为2微米。
21.如权利要求17所述的方法,其特征在于,该第一粉末的金属粒子及该第二粉末的金属粒子系各自独立选自镍或不锈钢。
22.如权利要求17所述的方法,其特征在于,该第一粉末的金属粒子及该第二粉末的金属粒子系各自选自镍。
23.如权利要求17所述的方法,其特征在于,该多孔薄膜为具有0.1英寸或更多厚度的平板。
24.如权利要求17所述的方法,其特征在于,该多孔薄膜为具有从0.2公分至0.5公分厚度的平板,且进一步其中该多孔薄膜的对数减少值在0.1微米粒子和3slpm/平方公分的速度的气体中为至少6。
25.如权利要求24所述的方法,其特征在于,该多孔薄膜具有每平方英寸至少300磅的爆裂压力。
26.如权利要求24所述的方法,其特征在于,该多孔薄膜具有每平方英寸大于350磅的爆裂压力。
27.一种气体扩散器装置,其特征在于,包含:
具有入口和出口的外壳;及
配置在该外壳内与该入口和该出口以流体相通的如权利要求1所述的多孔薄膜,
其中该多孔薄膜为具有从0.2公分至0.5公分厚度、在0.1微米粒子和3slpm/平方公分的速度的气体中具有至少6的对数减少值及每平方英寸至少300磅的爆裂压力的平板。
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