Karbondioksitle temizleme

Karbondioksitle temizleme (CO2 temizleme), çeşitli fazlarda karbondioksit kullanarak parça temizleme ve sterilizasyon için bir yöntem ailesini içerir. Hassas yüzeylerde kullanım için genellikle tercih edilir. CO2 ile temizleme, havacılık, otomotiv, elektronik, tıp ve diğer endüstrilerde kendine uygulama alanı bulmuştur. Karbondioksit karıyla temizleme, metal, polimer, seramik, cam ve diğer malzemelerden ve sabit diskler ve optik yüzeyler de dahil diğer çeşitli yüzeylerden parçacıkları ve organik kalıntıları gidermek için kullanılagelmiştir.
Uygulamalar
CO2 ile temizleme havacılık, otomotiv, elektronik, tıp, üretim, temel ve uygulamalı araştırmalar ve optik dahil olmak üzere birçok endüstri ve teknik alanda uygulama bulmuştur. Farklı karbondioksitle temizleme yöntemleri brüt bulaşmayı, boyayı, üst tabaka kaplamalarını, gresi, parmak izlerini, nanometre boyutuna kadar olan partikülleri, hidrokarbon ve organik kalıntıları ve radyoaktif kalıntıları temizleyebilir. Temizlenen malzemeler arasında metaller, polimerler, seramikler ve camlar bulunur. Anahtar sınırlama, kirlenmenin yüzeyde olması, malzemenin içine gömülmemesi gerektiğidir. Gözenekli malzemeler pelet veya kar için iyi adaylar değildir, ancak sıvı veya süperkritik CO2 kullanılarak temizlenebilir.
Yöntemler
Karbondioksitle temizleme, parçaların temizlenmesi için, CO2'nin tüm aşamalarından faydalanan birkaç farklı yöntemi ifade eder: temel yöntemler arasında katı kuru buz topakları, sıvı CO2, CO2 kar (melez bir yöntem) ve süperkritik CO2 bulunur. Farklı CO2 temizleme biçimleri, büyük jeneratörlerden sabit diskler ve optikler de dahil küçük ve hassas parçalara kadar birçok nesne türünü temizleyebilir.
Peletler
Peletli temizlemede ("Kuru buz püskürtme"), temizlenecek yüzeye nispeten büyük katı CO2 peletleri ateşlenir. Bu peletler yüzeye çarparak mekanik olarak kirletici parçacıkları yerinden çıkarır. Peletli temizlik sadece önemli darbelere dayanacak kadar sağlam yüzeyler için uygundur.
Karla temizleme
CO2 karıyla temizleme işleminde, sıkıştırılmış sıvı veya gaz halindeki karbondioksit, temizlenecek yüzeyi etkileyen katı parçacıklar ve gaz karışımına yoğuşarak bir memeden dışarı atılır. Püskürme hızları sıklıkla süpersoniktir. Karla temizleme, momentum aktarımının (mekanik olarak kirletici parçacıkların yerinden çıkması) ve çözücü etkisinin bir birleşimi ile çalışır. CO2 temas halinde süblimleşir, hacim olarak 800 kata kadar artar, böylece parçacıkları süpürmek için bir basınç oluşturur. CO2 ayrıca hidrokarbon kirleticilerini de çözer ve düşük sıcaklığı parmak izi gibi kalıntıları gevretir ve bu da onların süpürülmesini kolaylaştırır.
Karla temizleme havacılık, otomotiv, medikal, optik, yarı iletken ve uzay endüstrilerinde kendine uygulama alanı bulmuştur. Hassas yüzeyler için uygun yumuşak bir temizlik sağlayabilir. Karbondioksit karıyla temizlemenin etkinliği, ışık mikroskopisi, parçacık sayımı, taramalı elektron mikroskopisi, mikro sondalama, X-ışını fotoelektron spektroskopisi, atomik kuvvet mikroskopisi ve kütle spektroskopisi ile gösterilmiştir. Bir karbondioksit kar temizleme sistemi için ekipman maliyetleri, temel bir sistem için 1500 ABD doları ile bir üst düzey otomatik ünite için 50.000 ABD doları arasında değişebilir. Çok yüksek saflıkta CO2 genellikle yeni kirleticilerin girişini önlemek için kullanımının gerekmesine rağmen malzeme maliyetleri nispeten düşüktür.
Süperkritik akışkan
Kritik noktasının üzerindeki sıcaklık ve basınçlarda, CO2 son derece düşük yapışkanlık ve yüksek çözücülük sergileyen süper kritik bir sıvı olarak korunabilir. Bu yöntemi uygulamak için, temizlenecek parçalar daha sonra süperkritik CO2 ile doldurulmuş bir basınçlı kap içine alınır. Bu yöntem, mikroelektronik gibi küçük ve hassas parçalar için uygundur ve partikül giderme için ideal değildir. Temizliğin yanı sıra, süperkritik karbondioksit uygulamaları, hedeflenen kimyasaldan süperkritik sıvı çıkartılmasını ve malzemelerin işlenmesini içerir.
Sıvı CO2 yıkama
Sıvı CO2 yıkama, süperkritik sıvı CO2 yıkama gibi, yüksek çözgen CO2 gücüne dayanır, ancak daha düşük sıcaklık ve basınçlarda, ikincisi uygulamayı daha basit hale getirir. Sıvı CO2 süperkritik sıvının çözücü gücüne sahip olmadığından, yöntemin etkinliğini artırmak için çalkalama ve yüzey aktif maddeler eklenebilir. Sıvı CO2 kuru temizleme ve işlenmiş parçaların yağdan arındırılması işlemlerinde kullanılmıştır.
Geçmişi
1930'larda karbondioksitle temizlik tasarlandı ve "pelet" yaklaşımı 1970'lerde E. E. Rice, C. H. Franklin ve C. C. Wong tarafından geliştirildi.
CO2 karıyla temizleme, mikron altı ölçekli parçacıkları temizleme özelliğiyle, ilk olarak 1985-1986'da konuyla ilgili yayınlanan Arizona Üniversitesi'nden Stuart Hoenig'e kredilendirilmiştir. Hoenig, teknolojiyi göstermek için ABD'yi gezmiş ve sonunda süreç için Venturi nozulları geliştiren BOC Grubu'nun ve düz nozullar geliştiren Hughes Aircraft'ın ilgisini çekti. CO2 karıyla temizleme, Fraunhofer IPA Üretim Mühendisliği ve Otomasyon Enstitüsü tarafından uçak gövdelerinden boya çıkarmak amacıyla daha da geliştirilmiştir.
Ağızlık (İng: Nozzle) tasarımı, karbondioksit karıyla temizleme performansında kuru buz parçacıklarının boyutunu ve hızını etkileyen en önemli etmendir. Ağızlık tasarımındaki değişimler W. H. Whitlock, L. L. Layden, Applied Surface Technologies ve Sierra Systems Group tarafından geliştirilmiştir.
Konular
Güvenlik
CO2 ile temizleme bazı güvenlik riskleri doğurabilir. İşlem tehlikeli maddelerin uzaklaştırılması için kullanılıyorsa, havalandırma akışında bu malzemelere maruz kalmamak için önlemler alınmalıdır. CO2 akışı kriyojenik olduğundan, doğrudan cilt temasıyla yaralanmaya neden olabilir. Ayrıca, çalışma alanındaki karbondioksit konsantrasyonunun güvenli seviyeleri aşmamasına dikkat edilmelidir.
Bulaşma
Bazı ticari karbondioksit türleri, temizlenmekte olan yüzeyde geride bırakılabilen ağır hidrokarbon izleri içerebilir. Temizleme ekipmanının kendisinden kaynaklanan aşındırıcı parçacıkların da filtrelenmesi gerekebilir. Karbondioksit akışının düşük sıcaklığı, sıcak plakalar, ısı tabancaları, ısı lambaları veya kuru kutular ile hafifletilebilen parça üzerinde nem yoğuşmasına neden olabilir.
Statik yük
Akıcı gazın neden olduğu iyonlaşma, iletken olmayan parçalar üzerinde potansiyel olarak zarar verici statik yük birikmesine neden olabilir. Bu, topraklama veya pozitif iyonlaşma kaynakları ile hafifletilebilir.