การกระจายน้ำหนักโมเลกุลของ PFA ส่งผลต่อความต้านทานของเครื่องทำความร้อนต่อไอกรดไฮโดรฟลูออริกร้อนหรือไม่

ไอกรดไฮโดรฟลูออริกร้อน (100-130 องศา ความเข้มข้น 50-100%) เป็นหนึ่งในสภาวะที่มีความต้องการมากที่สุดสำหรับเครื่องทำความร้อนฟลูออโรโพลีเมอร์ PFA เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับบริการ HF แต่ความต้านทานจะแตกต่างกันไปอย่างมากตามการกระจายน้ำหนักโมเลกุล (MWD) เรซิน PFA ที่มี MWD แคบ (ดัชนีการกระจายตัวของสาร, PDI=Mw/Mn, 2.0–2.5) และน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยที่มีน้ำหนักสูง (Mw > 300,000 กรัม/โมล) แสดงอายุการใช้งานในไอ HF ยาวนานกว่า 2–4 เท่า เมื่อเทียบกับ PFA ทั่วไปที่มี MWD แบบกว้าง (PDI > 3.5) หรือ Mw ต่ำกว่า การกระจาย Mw ที่แคบและมีกำลังสูงจะลดจำนวนปลายสายโซ่ (เมื่อการโจมตี HF เริ่มต้น) และนำไปสู่เฟสอสัณฐานที่มีการจัดระเบียบมากขึ้น ซึ่งขัดขวางการซึมผ่าน สำหรับบริการไอ HF ที่สำคัญ ข้อกำหนดความหนาของผนังมีความสำคัญเท่ากับ PFA ตามข้อกำหนด MWD

กลไกการโจมตี MWD และ HF:
กรดไฮโดรฟลูออริกทำลาย PFA ได้สองวิธี อย่างแรกคือการโจมตีที่ปลายโซ่ โมเลกุล HF ทำปฏิกิริยากับหมู่ปลายกรดคาร์บอกซิลิก (-COOH) ซึ่งเหลือเป็นเศษเหลือจากการผลิต โมเลกุลโพลีเมอร์แต่ละโมเลกุลมีสองปลาย เรซินต่ำ-Mw (Mw=150,000) มีปลายโซ่ต่อกิโลกรัมมากกว่าสองเท่าของเรซินสูง-Mw (Mw=300,000) ปลายสายโซ่ที่มากขึ้นหมายถึงพื้นที่ที่ HF สามารถโจมตีเพื่อเริ่มต้นได้มากขึ้น นอกจากนี้ ปฏิกิริยาจะสร้าง -COF (คาร์บอนิลฟลูออไรด์) และน้ำ ซึ่งจะช่วยเร่งการสลายเพิ่มเติม MWD แบบแคบ (ความยาวเทียบเท่ากับโซ่ทั้งหมด) จะช่วยลดส่วนท้ายของโซ่ที่สั้นมาก (Mw < 50,000) ที่อ่อนแอที่สุด สายโซ่สั้นเหล่านี้มีความเข้มข้นที่ปลายโซ่มากที่สุด และยังกระจายออกจากไมโครโมฆะที่ก่อตัวเป็นโพลีเมอร์ซึ่งกลายเป็นช่องทางการซึมผ่าน

เส้นทางที่สองคือการเจาะเฟสอสัณฐาน ไอ HF แพร่กระจายผ่านพื้นที่อสัณฐานระหว่างผลึก ซึ่งหมายความว่าเฟสอสัณฐานใน PFA สูง-Mw จะพันกันมากกว่า และเส้นทางการแพร่กระจายจึงคดเคี้ยวมากขึ้น การทดสอบการเจาะที่ 110 องศาในไอ ​​HF 70% บ่งชี้อัตราการเจาะที่ 0.15-0.25 กรัม/ตร.ม.- วันสำหรับผนัง 2 มม. สำหรับ PFA ที่มี Mw แคบ MWD สูง (Mw=350,000, PDI=2.2) PFA มาตรฐาน (Mw=200,000, PDI=3.8) มีอัตราการทะลุทะลวงที่ 0.40-0.70 กรัม/เมตร2/วัน-2-3x PFA แบบทั่วไปมีค่า HF เข้าถึงแกนโลหะมากกว่า 2–3 เท่าในระยะเวลา 5,000 ชั่วโมง ทำให้เกิดการกัดกร่อนเร็วขึ้น

พารามิเตอร์ MWD และความต้านทาน HF
เกรด PFA Mw (kDa) Mn (kDa) PDI (Mw/Mn) อัตราการซึมผ่านของ HF (กรัม/ตร.ม.·วัน, 110 องศา , 2 มม.) ระยะเวลาในการกัดกร่อนแกนกลาง (ชั่วโมง, 110 องศา , 70% HF) อายุการใช้งานสัมพัทธ์ Mw ต่ำ กว้าง 150 45 3.3 0.55–0.85 2,000–3,000 1.0× มาตรฐาน (วัตถุประสงค์ทั่วไป) 200 55 3.6 0.40–0.70 3,000–5,000 1.5×
เมกะวัตต์สูง การแจกแจงแบบปกติ 280 80 3.5 0.30-0.50 4,500-7,000 2.0x
เมกะวัตต์สูง แคบ 320 140 2.3 0.18–0.28 7,000–10,000 3.0× อัลตร้า- เมกะวัตต์สูง แคบ 400 180 2.2 0.12–0.20 9,000–12,000 4.0×
Mw ต่ำ, แคบ (ผิดปกติ) 170 80 2.1 0.45–0.65 3,500–5,000 1.8× (ดีเยี่ยมแม้ Mw ต่ำ)
The statistics indicate that PDI (narrowness) is equally essential as Mw. The resin with a low Mw and tight distribution (PDI=2.1) is preferable to the resin with a high Mw and broad distribution (PDI=3.6). For HF vapour service, minimum Mw (>250 kDa) และ PDI สูงสุด (<2.5) need to be specified.

หลักฐานภาคสนามของการกัดเซมิคอนดักเตอร์โดย HF
เราทดสอบเครื่องทำความร้อน PFA สามเกรดในโรงงานเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ไอ 100% HF ที่อุณหภูมิ 120 องศา สำหรับการสร้างพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ในช่วงระยะเวลา 18 เดือน เกรด A (PFA ปกติ, Mw=210 kDa, PDI=3.7): อายุการใช้งานเฉลี่ย 4200 ชม. เกรด B (Mw สูง, PDI=3.2) ​​อายุการใช้งานเฉลี่ย 6800 ชั่วโมง เกรด C (MWD แบบแคบ, Mw=330 kDa, PDI=2.2): อายุการใช้งานเฉลี่ย 9,500 ชั่วโมง เครื่องทำความร้อน MWD แบบแคบ-ยังช่วยลดการทำให้พื้นผิวขาวขึ้น (การโจมตีของ HF) และสามารถรักษาความต้านทานของฉนวนได้มากกว่า 500 MΩ ตลอดอายุการใช้งาน ในขณะที่เครื่องทำความร้อนเกรด A ต่ำกว่า 100 MΩ หลังจาก 3000 ชั่วโมง fab มาตรฐานถึงเกรด C สำหรับเครื่องทำความร้อนด้วยไอ HF ทั้งหมด ลดความถี่ในการเปลี่ยนลง 60%

ข้อกำหนดการบริการไอ HF
เมื่อระบุเครื่องทำความร้อน PFA สำหรับไอ HF ร้อน ควรรวมข้อกำหนดเฉพาะต่อไปนี้ไว้ในเอกสารการจัดซื้อ:

โพลีเมอร์: เพอร์ฟลูออโรอัลคอกซี (PFA) – เรซินบริสุทธิ์เพียงอย่างเดียว (ไม่มีเนื้อหาที่ผ่านกระบวนการซ้ำ)

Weight-average molecular weight (Mw): min. 250,000 g/mol (ideally >300,000)

ดัชนีการกระจายตัวหลายจุด (PDI=Mw/Mn): สูงสุด. 2.8 (ตามหลักการแล้ว<2.5)

วิธีทดสอบ: โครมาโตกราฟีการซึมผ่านของเจล (GPC) ASTM D6579

การรับรอง: ซัพพลายเออร์ควรให้ GPC chromatogram และ Mw, Mn, PDI โดยประมาณสำหรับเรซินแต่ละล็อตที่ใช้

ก่อนที่คุณจะอนุญาต ให้ขอตัวอย่างใบรับรองเรซินจากผู้ผลิตเครื่องทำความร้อน มีเกรดมากมายจากผู้ขาย PFA; เกรดเศรษฐกิจปกติ (PDI > 3.5) ไม่เหมาะกับไอ HF เกรด MWD แบบแคบ-ระดับพรีเมียมมักจะมีราคาแพงกว่า 15–25% แต่มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 2–3 เท่า ทำให้ประหยัดสำหรับทุกการใช้งานที่มีชั่วโมงทำงานมากกว่า 2,000 ชั่วโมงต่อปี

Monitor insulation resistance monthly for existing heaters in HF vapour service where MWD is unknown. A broad-MWD or low-Mw material is characterised by a slow drop from >1,000 MΩ ถึง<100 MΩ over 3-6 months. Next scheduled outage: replace with narrow-MWD spec

MWD แบบแคบช่วยเพิ่มความต้านทานไอ HF ได้อย่างมีนัยสำคัญ
การกระจายน้ำหนักโมเลกุลของ PFA ส่งผลโดยตรงต่อความต้านทานของเครื่องทำความร้อนต่อไอกรดไฮโดรฟลูออริกร้อน การกระจายตัวที่แคบ (PDI < 2.5) และน้ำหนักสูง-น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย (Mw > 250 kDa) ช่วยลดความเข้มข้นของสายโซ่- และทำให้เกิดเฟสอสัณฐานที่คดเคี้ยวมากขึ้น ส่งผลให้ความสามารถในการซึมผ่านของ HF ลดลง 2-3 เท่าเมื่อเทียบกับ PFA แบบทั่วไป สำหรับบริการไอ HF ที่สำคัญ (เซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการทางเคมี เภสัชกรรม) การกำหนดพารามิเตอร์ MWD ถือเป็นสิ่งสำคัญ Narrow-MWD PFA จะคงอยู่เป็นเวลา 12–24 เดือน อย่างไรก็ตาม PFA เชิงพาณิชย์มาตรฐาน (PDI > 3.5, Mw < 220 kDa) จะล้มเหลวก่อนกำหนด โดยปกติภายใน 3–6 เดือน ค่าใช้จ่ายพรีเมียมสำหรับวัสดุมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับค่าแรงและการหยุดทำงานของการเปลี่ยน ข้อมูล GPC จะต้องถูกส่งไปยังวิศวกรโดยซัพพลายเออร์เครื่องทำความร้อน หากผู้ให้บริการไม่สามารถสร้างข้อมูล MWD ได้ อาจเป็นทางออกที่ดีที่จะใช้ PFA เกรดสินค้าโภคภัณฑ์ซึ่งไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับไอ HF จัดหาซัพพลายเออร์รายอื่น ใน HF ที่ร้อน การออกแบบโมเลกุลถือเป็นโชคชะตา ระบุเมกะวัตต์สูง ระบุแคบ ระบุใบรับรอง ตารางการบำรุงรักษาจะขอบคุณสำหรับมัน