專利名稱：高壓氣體容器內(nèi)表面的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓氣體容器內(nèi)表面的處理方法，更具體地涉及由錳鋼、鉻鉬鋼等制成的高壓氣體容器內(nèi)表面被包括防銹劑在內(nèi)的磨料濕磨并且隨后被清洗的方法。
作為由錳鋼、鉻鉬鋼等制成的高壓氣體容器內(nèi)表面的處理方法，已知的有如表面干磨法。然而，僅僅借助干磨處理法，容器的內(nèi)表面最大粗糙度Rmax會(huì)高達(dá)6微米或更高。這樣，當(dāng)氣體在高壓下離開容器時(shí)，形成高壓容器的材料碎屑(或固體顆粒)會(huì)自容器內(nèi)壁表面上剝落并且作為塵?；烊霘怏w中。舉例來說，若該氣體被用于化學(xué)蒸汽沉積設(shè)備，則氣體被錳鋼、鉻鉬鋼等金屬屑?jí)m埃污染后，導(dǎo)致由化學(xué)蒸汽沉積設(shè)備制備的最終產(chǎn)品在絕緣性或?qū)щ娦苑矫媸ъ`。所以，需要一種能夠使內(nèi)表面更加細(xì)膩(平滑)從而抑制高壓氣體容器內(nèi)表面產(chǎn)生塵埃的改進(jìn)處理方法。
作為這類方法之一，人們?cè)噲D使用濕磨法處理容器內(nèi)部以便使內(nèi)表面最大粗糙度達(dá)到3微米以下。在此情況下，確實(shí)可以抑制由于高壓氣體容器構(gòu)成材料的碎屑剝落出現(xiàn)的塵埃。然而，隨著內(nèi)表面粗糙度Rmax的減小，表面會(huì)變得更易于被氧化，從而使氧化產(chǎn)物碎屑或容器構(gòu)成材料銹蝕更易于形成塵埃。為此，人們建議使用在濕磨法中使用含有防銹劑的磨料。這樣，人們認(rèn)為借助水洗操作可以除去諸如研磨碎屑之類的塵埃，在氣體容器的內(nèi)表面上會(huì)保留有細(xì)致的防銹膜從而防止塵?；烊胗写x開容器的氣體之中。
事實(shí)上，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，包括用含有防銹劑的磨料濕磨氣體容器內(nèi)部的步驟以及用水清洗容器內(nèi)部的后續(xù)步驟在內(nèi)的上述處理方法并不能徹底避免塵?；烊霘怏w(見

圖1(B))。
鑒于上述先有技術(shù)發(fā)展水平，本發(fā)明的目的之一是提供一種進(jìn)一步改進(jìn)的處理錳鋼、鉬鉻鋼等制成的高壓容器內(nèi)表面的方法，該法能夠基本上徹底避免塵?；烊胗写x開該容器的氣體。
上述目的借助附帶權(quán)利要求書限定的發(fā)明得到實(shí)現(xiàn)。
按照本發(fā)明的特征，提供了一種處理優(yōu)選地由錳鋼、鉻鉬鋼等制成的高壓氣體容器內(nèi)表面的方法，該法包括濕磨容器內(nèi)表面的步驟和清洗容器內(nèi)部的后續(xù)步驟，其中經(jīng)過所述的濕磨步驟以便在容器內(nèi)部獲得內(nèi)表面最大粗糙度Rmax為3微米以下；容器內(nèi)部的清洗包括采用酸洗液進(jìn)行的酸洗步驟。
優(yōu)選地，酸洗溶液含有至少一種選自檸檬酸二銨、磷酸二氫鈉和二磷酸氫鈉的酸性組分。
下文描述這些特性的功效。
根據(jù)本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如圖1所示，在未經(jīng)利用含防銹劑的磨料進(jìn)行濕磨處理的錳鋼高壓氣體容器的情況下，在容器清洗操作使用的純凈水中存在多種約為100ppb(重)的金屬組分(見圖1(D))。此外，在另一個(gè)同樣由錳鋼制成但是經(jīng)過濕磨處理的高壓氣體容器的情況下，盡管數(shù)量有所減少，但是用于清洗的純水中仍然含有數(shù)量級(jí)為幾個(gè)ppb-幾十個(gè)ppb(見圖1(B))的多種金屬組分。
上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)致本發(fā)明人設(shè)想諸如研磨碎屑之類的塵埃會(huì)以某種方式被吸附(或固著)在于濕磨過程中形成的防銹膜上，而這種牢固地被吸附的塵埃幾乎不能借助簡單的水洗操作而被除掉，所以這種未脫除的塵埃在氣體加壓脫離容器時(shí)便會(huì)混入氣體之中。因此，本發(fā)明人認(rèn)為可以通過用酸洗溶液進(jìn)行酸洗的方法從防銹膜上脫除或解吸被吸附的塵埃。為了確認(rèn)這一假設(shè)的有效性，申請(qǐng)人進(jìn)行了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，其中采用各類酸洗液清洗經(jīng)過含防銹劑的磨料濕磨的錳鋼高壓氣體容器的內(nèi)壁，該實(shí)驗(yàn)表明，該清洗法能夠有效地防止塵?；烊霘怏w(見圖1(A))。
另外，在對(duì)鉻鉬鋼高壓氣體容器進(jìn)行的類似實(shí)驗(yàn)中得到基本上與上述相同的結(jié)果。
此外，若酸洗液含有作為酸性組分的至少一種選自檸檬酸二銨、磷酸二氫鈉和二磷酸氫鈉的物質(zhì)，則溶液對(duì)氣體容器內(nèi)表面以防銹膜幾乎不產(chǎn)生不利的影響。上述選擇提供了其它優(yōu)點(diǎn)當(dāng)該酸性清洗液被處理后，存在適度的清洗工作環(huán)境并且有助于進(jìn)行中和操作。上述物質(zhì)中尤以檸檬酸二銨為佳。也就是說，檸檬酸二銨中不存在任何金屬、磷和硫組分。因此，在被用于半導(dǎo)體工業(yè)的高壓氣體容器的情況下，若在容器內(nèi)表面上存在任何酸洗液的話，則由于不存在任何上述組分該殘留液對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)品的性能幾乎不產(chǎn)生不利的影響。
如上所述，在導(dǎo)致內(nèi)表面的最大粗糙度Rmax達(dá)到預(yù)定值的濕磨步驟之后，通過增加內(nèi)表面酸洗步驟，得到一種能夠有效地防止金屬碎屑從內(nèi)表面剝落或者防止表面腐蝕進(jìn)而抑制塵?；烊胗写x開容器的氣體的高壓氣體容器。
另外，內(nèi)表面處理可以在例如通過向容器中充水以及隨后排出水、隨后充入新氣體來對(duì)容器進(jìn)行定期檢查之后再次進(jìn)行。按照上述方法，同樣是在這種情況下，金屬碎屑等的塵埃或任何其它外來氣體組分幾乎不會(huì)混入新充入的氣體，因而能夠使該新氣體保持高質(zhì)量和高純度。因此，若該氣體被用于化學(xué)蒸汽沉積設(shè)備等，則在由該設(shè)備制造的產(chǎn)物中很難發(fā)生電氣絕緣或?qū)щ娛ъ`的現(xiàn)象。這樣，便能夠不斷地提供穩(wěn)定高性能產(chǎn)品。
參照附圖，下文對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行更詳細(xì)的描述，由此可以更加明了本發(fā)明的其它目的、特征與功效。
圖1為對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)例例1中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線；圖2為對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線；圖3為對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)施例3中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線；圖4為對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)施例3中圓柱體內(nèi)表面的分析結(jié)果曲線；圖5為對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)施例4進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線；圖6為本發(fā)明方法處理高壓氣體容器內(nèi)表面的流程圖；圖7為離心磨機(jī)的規(guī)劃圖；圖8為旋轉(zhuǎn)磨機(jī)的規(guī)劃圖。
首先對(duì)具有圓筒形結(jié)構(gòu)的錳鋼高壓氣體容器(下文簡稱其為“圓筒”)進(jìn)行濕磨步驟以便使其未處理的圓筒的最大內(nèi)表面粗糙度Rmax由約為12微米降至3微米以下。此后，經(jīng)過清洗步驟及后續(xù)其它步驟。
濕磨步驟采用濕磨機(jī)(所謂的離心磨機(jī)，見圖7)。在該機(jī)器中，其中各自含有磨料2與防銹劑的多個(gè)圓筒1被水平支撐并且沿一共同的水平軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，每一圓筒1又沿其各自的軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)，從而完成濕磨操作。
由于采用上述濕磨機(jī)進(jìn)行操作，所以與旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的離心力導(dǎo)致每個(gè)圓筒體中的磨料2轉(zhuǎn)移并濃縮，遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)部位，圓筒1的內(nèi)表面相對(duì)于磨料2旋轉(zhuǎn)，從而使圓筒1的內(nèi)表面通過與磨料2接觸而被研磨。
磨料2包括含有由粒徑約為5毫米的瓷球構(gòu)成的瓷磨料的第一類型磨料。這類第一種磨料用于初磨步驟，以便得到最大內(nèi)表面粗糙度Rmax約為3-5微米并且用于消除圓筒內(nèi)存在的碳屑。磨料2還包括含有與同于初磨步驟的第一類型磨料相比氧化鋁(Al2O3)含量更高的瓷磨料的第二類型磨料。這種第二類型磨料2用于二次研磨步驟，以便獲得約為1微米的最大內(nèi)表面粗糙度Rmax，它同樣被用于最終研磨步驟(重復(fù)二次研磨)以便得到約為0.8微米的最大內(nèi)表面粗糙度。借助這些二次和最終研磨步驟，可以在圓筒1內(nèi)部形成細(xì)密的防銹膜。
此外，在本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作過程中，第一類型磨料2以5-10g/升水的用量被用于初磨步驟，而第二類型磨料2則以10-20g/升水的用量被用于二次研磨。
其次，詳細(xì)介紹清洗步驟。
首先，將二氧化硅-三氧化二鋁和純水加入按照上述方式研磨與修整的圓筒1中。在此條件下，圓筒1與旋轉(zhuǎn)裝置8(所謂的旋轉(zhuǎn)磨機(jī)(見圖8))連接。隨后，圓筒1在該機(jī)器上以低速旋轉(zhuǎn)以便進(jìn)行其目的在于脫除殘存于圓筒1內(nèi)部的磨料和/或防銹劑的初洗操作。
此后，圓筒1經(jīng)歷二次清洗，其中圓筒的內(nèi)表面經(jīng)純水清洗以便除去粘結(jié)于圓筒內(nèi)表面上形成的防銹膜上的塵埃。
隨后使圓筒1經(jīng)歷酸洗，其中酸洗液含約0.1％檸檬酸二銨水溶液，該溶液被用于脫除殘存的未被上述二次清洗脫除的塵埃。
酸洗步驟之后，圓筒經(jīng)歷再次用純水進(jìn)行的后清洗操作。這一后洗操作是為了防止酸洗液殘余在圓筒內(nèi)壁表面上。
于上述研磨操作與清洗操作之后，烘烤圓筒并且隨后將其冷卻。此后，對(duì)圓筒進(jìn)行各種后處理操作如閥連接、閥密封、泄漏檢查、真空加熱清理、氣體吹掃等，隨后，充入氣體，使圓筒適用作集氣筒。
進(jìn)行某種對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以便將通過本發(fā)明上述內(nèi)表面處理法處理的圓筒與眾多對(duì)比文獻(xiàn)圓筒相對(duì)照。這種對(duì)比實(shí)驗(yàn)如下文所述。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)以便發(fā)現(xiàn)純水清洗操作與酸洗操作在所產(chǎn)生的金屬塵埃數(shù)量上的差別。具體地，在下列情況進(jìn)行對(duì)比(A)經(jīng)過本發(fā)明內(nèi)表面處理法處理的圓筒；(B)經(jīng)過研磨操作處理、但未經(jīng)酸洗的圓筒，(C)僅僅經(jīng)過酸洗操作處理的圓筒；以及(D)既未經(jīng)過研磨也未經(jīng)過酸洗處理的圓筒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
圖1中，在圓筒未經(jīng)濕磨操作處理的情況下，產(chǎn)生數(shù)量明顯的金屬塵埃，這一數(shù)量卻無法僅僅通過酸洗而被降低。另外，在圓筒經(jīng)過濕磨操作和酸洗清理操作的情況下，金屬塵埃的生成量被限制在基本上為0ppb(重)(低于檢測(cè)限度)。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)例2關(guān)于在依次進(jìn)行的氮?dú)獯祾卟僮髦袌A筒內(nèi)塵埃的生成量，在(A)經(jīng)過本發(fā)明內(nèi)表面處理法處理的圓筒與(B)經(jīng)過研磨但未經(jīng)酸洗操作處理的圓筒之間進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)查如圖2所示。在該圖中，同樣給出了經(jīng)過在清洗區(qū)域?qū)⒖紙A筒(Aa)進(jìn)行內(nèi)表面處理法處理得到的結(jié)果。
如圖2所示，氣體吹掃操作中產(chǎn)生的塵埃量于每三次氣體吹掃操作之后都逐漸減少。然而，在圓筒(B)未經(jīng)歷酸洗的情況下，在第三次氣體吹掃過程中，塵埃量僅僅降至約為107單位/cft。而在圓筒(A)經(jīng)過本發(fā)明方法處理的情況下，在第三次氣體吹掃操作中，塵埃量由初始的約106單位/cft降至約102單位/cft。此外，在其它參比圓筒經(jīng)過本發(fā)明方法在一清潔區(qū)域中被處理的情況下，塵埃量被繼續(xù)降至10單位/cft或更低。
基于上述觀察，在未經(jīng)酸洗操作的情況下塵埃量未見減少這一事實(shí)的原因似乎在于每進(jìn)行一次氣體吹掃操作便會(huì)從圓筒內(nèi)壁表面上產(chǎn)生新的塵埃。這樣，觀察結(jié)果暗示酸洗操作會(huì)抑制圓筒內(nèi)壁表面生成新的塵埃。
此外，本文所用的“塵?！笔侵阜稚⒂诘?dú)庵小⒘綖?.1微米或更大的固體組分。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)施例3在此實(shí)驗(yàn)中，從經(jīng)過本發(fā)明內(nèi)表面處理法處理的圓筒(A)與經(jīng)過研磨但是未經(jīng)酸洗處理的圓筒(B)相互對(duì)比的結(jié)果發(fā)現(xiàn)彼此在吸濕性方面的差異。其結(jié)果如圖3所示。為了進(jìn)行對(duì)比，將試件放入每一個(gè)經(jīng)過內(nèi)表面處理的圓筒內(nèi)。隨后，釋放圓筒內(nèi)壓以便觀察圓筒內(nèi)由此產(chǎn)生的濕濃度的變化。
如圖3所示，在圓筒未經(jīng)酸洗處理的情況下，盡管在高壓條件下似乎沒有濕含量明顯地被吸附在內(nèi)表面上，但是當(dāng)圓筒內(nèi)壓下降時(shí)會(huì)從內(nèi)壁上解吸出濕含量。這樣，該濕含量會(huì)混入氣體。另外，在圓筒經(jīng)過本發(fā)明內(nèi)表面處理法處理的情況下，人們認(rèn)為圓筒內(nèi)表面被賦予了對(duì)濕含量吸附的高度阻抑性。因此，結(jié)果表明經(jīng)過本發(fā)明內(nèi)表面處理法處理的圓筒對(duì)于吸濕性具有高度阻抑性的細(xì)密內(nèi)表面。
隨后，對(duì)經(jīng)過本發(fā)明內(nèi)表面處理法處理的圓筒內(nèi)表面進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。分析結(jié)果說明在內(nèi)表面上形成主要由氧化鐵構(gòu)成的細(xì)密的防銹膜。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)施例4將經(jīng)過本發(fā)明內(nèi)表面處理法處理的圓筒(A)與經(jīng)過研磨但未經(jīng)酸洗的圓筒(B)相互對(duì)比，以便發(fā)現(xiàn)當(dāng)在每一圓筒中充入硅烷氣體時(shí)彼此間在硅烷氣體穩(wěn)定性方面的差距。結(jié)果如圖5所示。
在圖5中，在圓筒(B)的情況下，由于硅烷氣分解產(chǎn)生的二硅烷(Si2H4)與氫(H2)有增加的趨勢(shì)。此外，同時(shí)觀察到有硅氧烷產(chǎn)生。因此，人們認(rèn)為硅烷氣是通過濕含量或被吸附在圓筒內(nèi)表面上的氧而被分解的。另外，在圓筒(A)的情況下，未觀察到由于硅烷氣體分解導(dǎo)致二硅烷(Si2H4)與H2增加的現(xiàn)象。此外，硅氧烷生成量低于檢測(cè)極限。所以，可以認(rèn)為正是出于內(nèi)表面對(duì)濕含量或吸氧量具有高阻抑性的需要而將硅烷氣穩(wěn)定性保持在高水平。
下面具體描述本發(fā)明的某些其它實(shí)施方案。
(1)形成高壓氣體容器的材料在本發(fā)明中并非受到具體限定。只要所選擇的材料適用于形成能夠滿足最大表面粗糙度(Rmax)為3微米或更低這一要求的高壓容器，便可以使用鉻鉬鈉或其它任何其它類型被常規(guī)用于形成高壓氣體容器的合金鋼。
(2)關(guān)于酸洗液的酸性組分，還可以采用不含磷的磷酸二氫鈉或二磷酸氫鈉。然而，尤為優(yōu)選的是既不合磷又不含金屬的檸檬酸二銨。酸洗液的濃度可以在1％或更低的對(duì)防銹膜無害的范圍內(nèi)變化。然而，濃度約為0.1％是特別優(yōu)選的，原因在于在限制酸液用量的同時(shí)，該濃度能夠達(dá)到充足的清洗效果。
此外，可以按照任何常規(guī)方式完成酸洗步驟之后各步驟。
在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)或主要特征的條件下，可以按照其它特定形式實(shí)施本發(fā)明。因此，本文實(shí)施方案只能被視為描述性的和非限制性的，本發(fā)明范圍如附帶的權(quán)利要求書所述而不是由上述說明書內(nèi)容所限定。所有處于與權(quán)利要求書等同范圍或意義之內(nèi)的變化均屬于本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種高壓氣體容器內(nèi)表面的處理方法，其中包括下列步驟將含有防銹劑的磨料(2)裝入優(yōu)選地由錳鋼或鉻鉬鋼制成的高壓氣體容器(1)中；以及濕磨容器(1)的內(nèi)表面；酸洗容器(1)內(nèi)部；其特征在于進(jìn)行所述濕磨步驟以便使容器內(nèi)部最大內(nèi)表面粗糙度Rmax達(dá)到3微米或更低；所述清洗容器內(nèi)部的步驟包括利用酸洗液進(jìn)行的酸洗步驟。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于在所述濕磨步驟中，所述高壓氣體容器(1)被水平地支撐，該容器(1)容納有含防銹劑的所述磨料(2)，該容器(1)在此條件下沿圍繞水平旋轉(zhuǎn)軸的方向旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，容器(1)被驅(qū)動(dòng)沿與上述方向相反的方向圍繞其自身軸旋轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所述濕磨步驟借助離心磨機(jī)進(jìn)行。
4.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述濕磨步驟包括采用粒徑約為5毫米的瓷磨料作為所述磨料(2)的初磨步驟，所用瓷磨料中三氧化二鋁含量高于用于所述初磨步驟中的瓷磨料的二次研磨步驟，以及重復(fù)所述二次研磨步驟的最后研磨步驟。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于所述初磨步驟采用數(shù)量約為5-10克/升水的所述磨料(2)、所述二次研磨步驟采用數(shù)量約為10-20g/升水的另一種磨料(2)。
6.按照權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述酸洗液含有至少一種選自檸檬酸二銨、磷酸二氫鈉和二磷酸氫鈉的物質(zhì)作為酸性組分。
7.按照權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于所述清洗步驟包括初洗步驟，其中所述高壓氣體容器(1)于最后研磨步驟之后與一旋轉(zhuǎn)磨機(jī)相連，該磨機(jī)驅(qū)動(dòng)容納有二氧化硅-三氧化二鋁磨料和純水的容器(1)以低速圍繞其軸自轉(zhuǎn)，以便脫除殘留在容器(1)中的磨料和/或防銹劑，所述清洗步驟還包括用于利用純水清洗高壓氣體容器(1)內(nèi)表面以便除去粘結(jié)在形成于內(nèi)表面上的防銹膜之上塵埃的二次清洗步驟。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征在于在所述清洗步驟中，約0.1％檸檬酸二銨水溶液被用于脫除經(jīng)過所述二次清洗步驟仍未被脫除并且殘留在防銹膜上的塵埃，所述清洗步驟還包括為了防止所述酸洗液殘留在高壓氣體容器(1)的內(nèi)表面上而再次使用純水進(jìn)行的后清洗步驟。
全文摘要
處理高壓氣體容器內(nèi)表面的方法，其中含有防銹劑的磨料被充入優(yōu)選地由錳鋼或鉻鉬鋼制成的容器中；進(jìn)行濕磨步驟以便使容器內(nèi)部最大內(nèi)表面粗糙度達(dá)到3微米或更低；利用酸洗液進(jìn)行清洗。
文檔編號(hào)C23G1/10GK1147428SQ96110648
公開日1997年4月16日 申請(qǐng)日期1996年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月12日
發(fā)明者野澤成禎 申請(qǐng)人:締酸株式會(huì)社