CN104148334A - 一种针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法，该方法包括如下步骤：设置真空泵舱内的压力，根据实现的反应过程不同通入气体，如果是氧化反应则通入氧化，如果是还原反应则通入氩氢气，通过质量流量控制器控制流入装置的气体数量(说明书：数量的选择一般由大约1毫巴的反应压所决定。而这种压力的大小又是根据真空泵的功率大小和通入的气体数量来制定。)在所述气体中，通过一个微波源引入能量。能达到现今最高的清洁水平。绝对无油脂的表面，是去除较薄的剩余污渍的首选，不会产生污垢积聚，可以深入比如各种裂缝中和精细的孔眼中，等离子体处理后的各个构件都是绝对干燥的，整个操作是极其环保的过程。

Description

一种针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法

技术领域

本发明涉及一种清洁方法，尤其涉及一种针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法。 

背景技术

当给一块材料持续性供应能量时，它的温度会自行上升，并且在通常情况下，会由液态向气态转化。当人们继续给其供应能量时，材料的各种基本组成部分的动能会随着温度的上升而增多到一个临界点。此时因为气态分子和原子的相互碰撞，由电子组成的原子外层会被打破，由此产生了带负电的电子和带正电的离子。 

人们称这种由中性的、带正电的和带负电的粒子组成的混合物为等离子体，经常被认为是“物质的第四态”。等离子体容易被外界的电磁场影响，也因此具有良好的可控性。而且因为其高能量的属性，在其他物质状态时无法进行的反应可以在等离子体状态下发生。这些特性使等离子体成为一个极其高效和灵活的，适用于工业领域的工具。 

自然界中的等离子体有，比如极光、闪电、太阳。但是事实上在日常生活中我们也经常遇到等离子体，像在节能灯中或者荧光灯中。大气压下的等离子体都是十分灼热的，因为活跃的高温的微粒们会通过频繁碰撞向所有其它的微粒们传导能量。例如火焰和电弧。 

但是在较低的压力下也可以产生等离子体，比如在100帕斯卡的情况下，不过这时微粒间的碰撞几率很小，活跃的、带电的微粒也极少能够向中性微粒输送能量。因为如果后者的数量即使在高度电离的等离子体中仍然占大多数的话，这个等离子体的整体就会呈现冰凉的状态，更确切地说-不热-这正是处理各类材料时所期望出现的情况。这种冷 等离子体几乎不会影响样品材料；然而电子却可以拥有相当于若干个1000开的能量，因此能使一些在常温下不能发生的化学和物理反应得以发生。 

这种低压等离子体是可以被人工集中制造出来的，只需在一个真空舱中，通过接通高频的电磁场来激发气体或者气体混合体进行放电就能完成。这时气体被电离了，并产生了化学自由基和紫外线射线。由此出现一种高度活跃的反应气体，它能和处理对象的表面发生反应，相互作用。每次所期望的效果可以通过选择相应的气体组合、耦合的频率和种类来实现。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法。 

本发明采用如下技术方案实现： 

一种针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 

设置真空泵舱内的压力，根据实现的反应过程不同通入气体，如果是氧化反应则通入氧化，如果是还原反应则通入氩氢气，通过质量流量控制器(MFC)控制流入装置的气体数量，数量的选择一般由大约1毫巴的反应压所决定。而这种压力的大小又是根据真空泵的功率大小和通入的气体数量来制定，在所述气体中通过一个微波源引入能量。 

这三种频率的不同在于，在等离子体中产生的离子不能跟上微波的频率，也因为这样，一个纯粹的化学反应能够进行。在兆赫或千赫的频率下，离子会因为频率的刺激作用而加速，材料表面则会相应留下微观结构的侵蚀痕迹。同时这两种频率有其它结构性的缺点。发出兆赫的设备要求有一个昂贵的、复杂的调谐网，如此电极(发送者)才不会被反 馈回来的能量所破坏。引入的能量把气体转化成一个等离子体。这个等离子体由不同的化学成分组成。它们分别是已电离的部分、高度活跃的自由基、所有化学上可能产生的化合物以及紫外线射线。 

进一步的，设置真空泵舱内的压力为0.1～0.5毫巴。 

进一步的，微波的频率为2.45千兆赫兹、13.56兆赫、20千赫或40千赫。 

本发明的有益技术效果是： 

它能达到现今最高的清洁水平。绝对无油脂的表面。它是去除较薄的剩余污渍的首选。在清洁介质中，它最后不会产生污垢积聚，仅仅只是一些气态的化学物质。使用的化学物质都是无害的，因为是和一些气体打交道。可切断的化学反应意味着，一旦拔掉电源，整个反应过程就会自动停止。等离子体适用于所有材料的清洁和新生(金属、陶瓷、玻璃、合成材料)。气体反应具备非常良好的缝隙侵入性，因为气体没有表面张力。所以等离子体可以深入比如各种裂缝中和精细的孔眼中。等离子体处理后的各个构件都是绝对干燥的，即使在经过了液态的初步清洗后再进行等离子体精密清洁，通过真空能达到很好的干燥水平。因为几乎只把氧气作为反应气体，所以整个操作是极其环保的过程。没有特殊的工作防护需求，能量消耗是非常低的。 

具体实施方式

通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本发明的技术方案所限定的保护范围。 

当等离子体是通过微波发电产生时，这些设备总会有两种密封方式：一种服务于真空舱的密封，一种致力于对微波进行遮挡。这种密封需要 一种被金属导电的带子或纺织物缠绕的特殊材料才能达到。同时不能让微波射线溢出真空舱。另外在这点上，微波射线是受到限制的，在设备周边5厘米范围内，不能超过每平方厘米5毫瓦的功率。 

一种针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法，该方法包括如下步骤： 

设置真空泵舱内的压力，设置真空泵舱内的压力为0.1～0.5毫巴，根据实现的反应过程不同通入气体，如果是氧化反应则通入氧化，如果是还原反应则通入氩氢气，通过质量流量控制器(MFC)控制流入装置的气体数量，数量的选择一般由大约1毫巴的反应压所决定。而这种压力的大小又是根据真空泵的功率大小和通入的气体数量来制定，在所述气体中，通过一个微波源引入能量，微波的频率为2.45千兆赫兹、13.56兆赫、20千赫或40千赫。 

这三种频率的不同在于，在等离子体中产生的离子不能跟上微波的频率，也因为这样，一个纯粹的化学反应能够进行。在兆赫或千赫的频率下，离子会因为频率的刺激作用而加速，材料表面则会相应留下微观结构的侵蚀痕迹。同时这两种频率有其它结构性的缺点。发出兆赫的设备要求有一个昂贵的、复杂的调谐网，如此电极(发送者)才不会被反馈回来的能量所破坏。引入的能量把气体转化成一个等离子体。这个等离子体由不同的化学成分组成。它们分别是已电离的部分、高度活跃的自由基、所有化学上可能产生的化合物以及紫外线射线。 

在所有的应用领域，低压等离子体具备的缝隙侵入性在表面清洁这方面具有特殊意义。气体能轻松到达许多液体只能在一定条件下到达的空隙。所以在等离子体中，就算是极其复杂的表面和空心体都能得到很好地清洁。 

通过结合一种利用碳氢化合物进行的初步清洁，即使是十分脏污的部分也能得到净化。非常薄的油膜甚至无需初步清洁就可以被去除。所以说只有等离子体清洁技术才能使材料表面获得最大程度的洁净度。 

对去除油污这项工作来说，最重要的是能生产出各种气态的产品。像有机材料，例如脂肪、油、蜡等等和高度活跃的氧气气体能产生各种化学反应就反应了这一点。在某种程度上，可以说这些脏污会在室温下被“烧”得一干二净，也因此达到了去污的目的。这时仅仅只会产生一些气态的垃圾物，如二氧化碳、水蒸气等等，而这些都能被轻易地清除。这种技术的种种经济优势已经使其在一些工业领域中占有一席之地，如在精密工程、测量和测试仪工业、娱乐用电器以及电机学等领域。 

这里等离子体将以两种不同的应用形式进行使用。一种是只运用等离子体的精密清洗，另一种则在此基础上还结合了利用碳氢化合物进行的液态的初步清洗。 

硬质材料涂层前的初步清洁：此处作为初步清洁的等离子体将与另一种液态的清洗相结合一起投入使用。由此金属表面会变得足够干净，这样才能刷上一层硬质材料-Titannitrid，Titancarbid等等。 

原则上所有的装置都会根据《可燃液体规定》建造，也就是说，燃点必须超过55摄氏度。所以无需额外的防护。处理过程大致是：冲刷、灌水、旋转和任意方向地摆动(向右和向左两个方向)。另外也具备蒸汽脱脂的可能性。 

一般来说这些装置有三种真空方式：(压力数据总是绝对的) 

1)反应真空：(300-500毫巴) 

为安全而服务。因为虽然燃点超过了55摄氏度，但在清洁时常常需要80摄氏度的温度，所以在操作箱中生成一个300-500毫巴的真空，以便使燃点实际上保持在一个较高的位置。 

2)蒸馏真空：(100毫巴) 

为能够蒸馏碳氢化合物而服务。在常压下，需要大约150摄氏度。 

为了在100摄氏度时就能进行持续性地蒸馏，将真空的压力降至100毫巴。由此这种碳氢化合物的介质就会沸腾，蒸汽上升并再在热转换器中进行降温，由此得到的冷凝液则会接着通过脱水机等设备再次干净地流回操作箱中。 

通过这种方法，整个蒸馏过程仅仅只剩下一种蒸馏浆液残余，而这种浆液则需要更高的温度和更长的时间进行再次蒸馏才行。省略再次蒸馏环节的话，可以获得这种碳氢化合物介质的97％(经过再次蒸馏，大约99％)。 

3)干燥真空：(1-10毫巴) 

为各种组件的干燥而服务。因为在一些紧密组装或制造的部件里面，人们不能在清洁后抽出所有剩余的液体，所以有必要在需要处理的地方产生一个较强的真空环境，由此所有在这些地方残余的溶剂都将被强制性地汽化和吸净。在需要处理的空间较大，钢板厚度较厚和锁紧装置(液压的)较稳定时，前提是压力值必须保持非常低才行。 

普遍认为：处理舱的温度越高，脱水干燥的效果越好(在相同的压力下)。因为处理舱只能通过不间断的各种液体进行“供暖”，所以必须将压力值降低到相应的范围，因此为了这些处理舱一直处于适宜的运转温度，我们的“启动程序“也应相应调整。还要必须提到的一点是，所有的装置都将配备有完整的围栏和抽气机。抽气机的设计是，整个空间的气体容量以20x每分钟进行交换。 

这些高能的自由基所处的状态是，努力克服碳氢化合物链的结合能，并将其打断。 

当氧气作为反应气体加入时，将产生最终产物二氧化碳和水蒸气。排出的气体数量和之前进入的气体数量有关。因为就算在较大的处理舱內，每分钟也不过处理大约30升的气体流量。所以人们可以很好地想象，废气数量是极其少的。 

这种微波反应纯粹是一种化学的氧化反应。受反应时间影响，现在人们只能制造与之对应的高纯度的表面。其它能参考的反应参数是微波能量、含铅的钾玻璃熔块，还有如果需要的话，各种气体的混合比例关系也可作为其中一项参数。 

局部清洁时会出现一个问题现象，即“耦合”。当金属部件剧烈升温后，就可能发生耦合。这个过程如下： 

在2.45千兆赫兹的频率下，微波有一个大约12厘米的波长。假设现在在处理舱中有一个金属的杆状部件，它的长度恰好是12厘米或者是12厘米的整数倍，那么这个部件自身的角频率和微波的频率会产生一个共振。此时产生的温度可以达到若干个100摄氏度，也就是说这些部件会因此而被破坏。 

对付这种不良效果的一个简单的补救措施是使用法拉第笼或者法拉第式的屏蔽板，能有效阻挡微波射线的穿越。这样一来自由基只能在微波源即在石英玻璃片之后，和在法拉第式的遮挡物前，这两者之间的区域产生。但是因为自由基的寿命大约到0.5秒为止，并在压力范围内差不多以光速运动，所以它们即使在较大的处理舱內也能到达所有的区域。 

低压等离子体是特别环保的，因为它通过制造氧气等离子体，把有机的表层如脂肪和油脂用二氧化碳和水蒸气替代了。还同时提供的是利用碳氢化合物，也就是水状的初步清洁装置，加上等离子体精密清洁一起的组合装置。 

在上述实施例的基础之上还可以做出进一步的改进： 

若无法去除金属或合成材料表面的无机材料(食盐、金属屑或一些微粒)，补救的办法可以再加一道液态的初步清洁过程。 

脏污程度和所需的反应时间成正比。这完全可以在清洗一些顽固污渍像破裂和胶结处体现出来，这些地方往往要耗费许多个小时。而这恰恰是不能被仅仅一个反应过程所接受的。所以此时的补救办法仍然只能依靠相应的初步清洁来完成。 

材料的表面必须能让等离子体气团自由流通才行，否则就会全无效果。进一步的改进方法是可以事先对各个需要处理的部件进行合理摆放，比如可以限制散装高度或者在舱内对各部件进行适合的位置定位。 

真空反应一直是批量作业的。一个可能的通道装置只能通过闸门系统来实现。与此同时这些闸门要有差异性地进行抽气。只有这样才能让反应舱內的压力一直保持恒定。 

一个等离子体装置的处理舱的大小应该由其所需的容纳量，也就是要能接纳任务中最大的一块部件的尺寸所决定。 

当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (3)

1.一种针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

设置真空泵舱内的压力，根据实现的反应过程不同通入气体，如果是氧化反应则通入氧化，如果是还原反应则通入氩氢气，通过质量流量控制器控制流入装置的气体数量，在所述气体中通过一个微波源引入能量。

2.根据权利要求1所述的针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法，其特征在于，设置真空泵舱内的压力为0.1～0.5毫巴。

3.根据权利要求1或2所述的针对工业局部清洁的碳氢化合物/等离子体的清洁方法，其特征在于，微波的频率为2.45千兆赫兹、13.56兆赫、20千赫或40千赫。