จะระบุแผ่นทำความร้อนเพื่อใช้ในกล่องถุงมือบรรยากาศเฉื่อยที่ปราศจากออกซิเจนได้อย่างไร

กล่องเก็บของหน้ารถสำหรับการวิจัยซึ่งเต็มไปด้วยอาร์กอนบริสุทธิ์พิเศษและมีระดับออกซิเจนและความชื้นที่วัดเป็นหน่วยต่อล้านส่วน ใช้เพื่อจัดการกับวัสดุแบตเตอรี่ที่มีปฏิกิริยาสูง แผ่นทำความร้อนที่ติดตั้งภายในกล่องปิดผนึกอันเก่าแก่นี้ไม่สามารถเป็นแหล่งของการปนเปื้อนใดๆ ได้ แผ่นรองมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ทาสีและเป็นมันเยิ้มจะปล่อยก๊าซความชื้น ตัวทำละลาย และพลาสติไซเซอร์ออกมาอย่างเงียบๆ ทำให้เกิดพิษต่อการทดลองที่มีความละเอียดอ่อน การระบุแผ่นรองสำหรับช่องเก็บของหน้ารถที่มีบรรยากาศเฉื่อยเป็นการดำเนินการกับวัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูงสุด

บทความนี้สรุปสิ่งที่จำเป็นข้อกำหนดช่องเก็บของบรรยากาศเฉื่อยของแผ่นทำความร้อนสำหรับการใช้งานที่ไม่สามารถยอมรับการปล่อยก๊าซออกหรือฝุ่นละอองได้ แนวทางนี้ครอบคลุมถึงวัสดุ การสร้างองค์ประกอบความร้อน การปิดผนึก และการตรวจสอบความสะอาด

เหตุใดแผ่นรองมาตรฐานจึงไม่เหมาะสำหรับการใช้กล่องเก็บของหน้ารถ

แหล่งที่มาของการปนเปื้อนในแท่นวางแบบธรรมดา

แผ่นทำความร้อนทางอุตสาหกรรมทั่วไปประกอบด้วยวัสดุหลายชนิดที่จะปล่อยสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ความชื้น และสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ เมื่อถูกความร้อน:

ทาสีหรือเคลือบผงบนพื้นผิวด้านนอก

เคลือบอโนไดซ์หรือชุบที่ดักจับสารเคมีแปรรูป

ฉนวนสายเคเบิลโพลีเมอร์(พีวีซี ยาง หรือซิลิโคนมาตรฐาน) ที่ปล่อยพลาสติไซเซอร์

เครื่องทำความร้อนแบบยึดติดด้วยกาวก๊าซที่ออกมาจากชั้นกาว

จาระบีหรือคราบน้ำมันจากการตัดเฉือนหรือประกอบ

ปะเก็นซีลผลิตจากอีลาสโตเมอร์ธรรมดา (ไนไตรล์, EPDM, นีโอพรีน)

เมื่อแผ่นรองดังกล่าวถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิการทำงานภายในช่องเก็บของแบบปิด วัสดุเหล่านี้จะปล่อยกระแสสารปนเปื้อนออกมาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสามารถดูดซับไปยังตัวอย่างที่เกิดปฏิกิริยา เปลี่ยนเคมีของพื้นผิว หรือตรวจพบเป็นสัญญาณรบกวนพื้นหลังในเครื่องมือวิเคราะห์

ผลที่ตามมาของการปล่อยแก๊สออก

แม้แต่ไอน้ำ ไฮโดรคาร์บอน หรือน้ำมันซิลิโคน-ที่ปล่อยออกมาในปริมาณเพียงเล็กน้อยก็สามารถ:

ออกซิไดซ์วัสดุที่ไวต่ออากาศ (เช่น โลหะลิเธียม สารประกอบออร์แกโนเมทัลลิก)

ตัวเร่งปฏิกิริยาพิษหรือตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า

ทำให้เกิดการอ่านค่าผิดพลาดในแมสสเปกโตรเมทรีหรือแก๊สโครมาโทกราฟี

ควบแน่นบนหน้าต่างแบบออพติคอล ลดความโปร่งใส

ดังนั้น แผ่นรองที่ใช้ร่วมกันได้กับกล่องเก็บของหน้ารถจะต้องได้รับการออกแบบไม่ให้ปล่อยสิ่งใดออกสู่ชั้นบรรยากาศ

ข้อกำหนดหลักสำหรับแผ่นทำความร้อนที่ใช้ร่วมกับถุงมือได้

วัสดุของตัวเครื่องเพลท

ตัวแท่นวางต้องผลิตจากวัสดุที่ไม่ปล่อยก๊าซและสามารถทำความสะอาดได้อย่างทั่วถึง ตัวเลือกที่ต้องการคือ:

สแตนเลส 316L, ขัดเงาด้วยไฟฟ้าเพื่อให้ได้พื้นผิวเรียบแบบพาสซีฟ การขัดเงาด้วยไฟฟ้าจะขจัดออกไซด์ของพื้นผิวและอนุภาคที่ฝังอยู่ ทำให้เกิดชั้นที่สะอาดและไม่มีรูพรุน โลหะผสมอื่นๆ ที่ยอมรับได้ ได้แก่ 304L หรือ 316Ti แต่ 316L มีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่า

แท่นวางต้องปราศจากสี อโนไดซ์ เคลือบโพลีเมอร์ หรือสารเคลือบผิวใดๆ โลหะเปลือยเป็นพื้นผิวเดียวที่ยอมรับได้

องค์ประกอบความร้อน: หุ้มฉนวนแร่, ปิดผนึกอย่างแน่นหนา

องค์ประกอบความร้อนที่ฝังอยู่ในหรือติดอยู่กับแท่นวางจะต้องไม่ปล่อยแก๊สออกมา ห้ามใช้สายเคเบิลทำความร้อนหุ้มฉนวนโพลีเมอร์ทั่วไป เทคโนโลยีที่ถูกต้องคือ:

เครื่องทำความร้อนแบบตลับหุ้มฉนวนแร่ (MgO)พร้อมปลอกสแตนเลส

ฝาปิดท้ายที่ปิดสนิท– เชื่อมด้วยเลเซอร์หรือเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อป้องกันความชื้นเข้าหรือปล่อยก๊าซออกจากผง MgO ภายใน

ไม่มีสารประกอบปลูกอินทรีย์ภายในบริเวณเทอร์มินัล

ฉนวนแร่ (แมกนีเซียมออกไซด์) เป็นสารอนินทรีย์และมีความเสถียรที่อุณหภูมิสูง เมื่อปิดผนึกอย่างถูกต้อง จะไม่ดูดซับหรือปล่อยความชื้นที่วัดได้

ฉนวนสายไฟและสายเคเบิล

สายไฟทั้งหมดที่เข้าสู่ช่องเก็บของหน้ารถ (สายไฟ เทอร์โมคัปเปิ้ล หรือสาย RTD) ต้องใช้วัสดุฉนวนที่มีการปล่อยก๊าซต่ำ ตัวเลือกที่ยอมรับได้ ได้แก่:

โพลีอิไมด์ (แคปตัน®)– อัตราการปล่อยก๊าซออกต่ำ, อุณหภูมิสูง (สูงถึง 200 องศาในอากาศ, สูงกว่าในบรรยากาศเฉื่อย) Kapton ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานสุญญากาศและกล่องเก็บของหน้ารถ

สายเคเบิลหุ้มฉนวนมิเนอรัล (MI)– ทางเลือกที่ดีที่สุดเพื่อความบริสุทธิ์สูงสุด สายเคเบิล MI ประกอบด้วยปลอกโลหะ (สแตนเลส) ฉนวน MgO และตัวนำภายในตัวเดียวหรือหลายตัว มันเป็นอนินทรีย์และสุญญากาศอย่างสมบูรณ์

วัสดุฉนวนที่ต้องห้าม:PVC, โพลีเอทิลีน, ยางซิลิโคนมาตรฐาน, Teflon™ FEP (ซึ่งจะปล่อยก๊าซออกมาที่อุณหภูมิสูง) และวัสดุใดๆ ที่มีพลาสติไซเซอร์

กล่องรวมสัญญาณ: สเตนเลสสตีลแบบกันแก๊สพร้อมขั้วต่อแบบสุญญากาศ

กล่องรวมสัญญาณที่สายไฟและสายเซ็นเซอร์เชื่อมต่อจะต้อง:

สแตนเลสที่เป็นของแข็ง(304 หรือ 316L) โครงสร้างแบบเชื่อม – ไม่มีกล่องอะลูมิเนียมหรือพลาสติกหล่อ

ไม่ติดแก๊ส– สามารถรักษาอัตราการรั่วไหลให้น้อยกว่า 1×10−61×10−6 mbar·L/s (ทดสอบการรั่วของฮีเลียม)

มีขั้วต่อสุญญากาศสูง(เช่น การป้อนผ่านแบบหลายพินด้วยฉนวนเซรามิกหรือสายเคเบิลที่หุ้มฉนวนแร่) เคเบิลแกลนด์มาตรฐานหรืออุปกรณ์บีบอัดไม่เป็นที่ยอมรับเนื่องจากมีการรั่วไหล

ขั้วต่อต้องได้รับการจัดอันดับตามอุณหภูมิการทำงานของแท่นวางและอัตราการรั่วไหลอย่างน้อย 1×10−71×10−7 mbar·L/s ตัวเลือกทั่วไป ได้แก่:

ขั้วต่อหลายพินปิดผนึกด้วยเซรามิก(เช่น MDC, Kurt J. Lesker)

การป้อนผ่านที่หุ้มด้วยแร่โดยที่สาย MI ผ่านท่อเชื่อมโดยตรง

กล่องรวมสัญญาณทั้งหมดควรเชื่อมเข้ากับตัวแท่นวางหรือติดด้วยปะเก็นโลหะ (ไม่มีซีลอีลาสโตเมอร์) หากไม่สามารถหลีกเลี่ยงการปิดผนึกได้ ต้องใช้ปะเก็นทองแดงหรืออินเดียม

การตรวจสอบความบริสุทธิ์และเอกสารประกอบ

การทดสอบการปล่อยก๊าซออกตามมาตรฐาน ASTM E595

ชุดประกอบแผ่นทำความร้อนที่เสร็จสมบูรณ์จะต้องผ่านการทดสอบการปล่อยก๊าซออกตามASTM E595 – วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการสูญเสียมวลรวมและวัสดุควบแน่นที่ระเหยได้ที่รวบรวมจากการปล่อยก๊าซออกในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ. การทดสอบนี้ดำเนินการในสุญญากาศสูงที่ 125 องศา เป็นเวลา 24 ชั่วโมง และวัดผล:

การสูญเสียมวลรวม (TML)– เปอร์เซ็นต์ของมวลตัวอย่างเริ่มต้นที่สูญเสียไปเนื่องจากสารระเหย ข้อกำหนดสำหรับการใช้กล่องเก็บของหน้ารถ:< 1.0%(โดยเฉพาะอย่างยิ่ง <0.5%)

วัสดุควบแน่นที่ระเหยง่ายที่รวบรวมได้ (CVCM)– เปอร์เซ็นต์ของสารระเหยที่ควบแน่นบนแผ่นสะสม 25 องศา ความต้องการ:< 0.1%(โดยเฉพาะอย่างยิ่ง <0.05%)

การนำไอน้ำกลับมาใช้ใหม่ (WVR)– ไม่บังคับแต่รายงานบ่อยครั้ง การปล่อยน้ำออกในระดับต่ำเป็นสิ่งที่พึงปรารถนา

ซัพพลายเออร์จะต้องจัดเตรียมใบรับรองการปฏิบัติตาม ASTM E595 รวมถึงค่า TML และ CVCM ที่วัดได้จริง

การอบด้วยระบบสุญญากาศ

ก่อนส่งมอบ ชุดประกอบแท่นวางทั้งหมดควรผ่านกระบวนการอบสุญญากาศเพื่อไล่ความชื้นที่ตกค้างและสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายที่อาจถูกดูดซับในระหว่างการผลิต วงจรการอบทั่วไป:

อุณหภูมิ:120–150 องศา (หรืออุณหภูมิการทำงานสูงสุด แล้วแต่จำนวนใดจะต่ำกว่า)

ความดัน:ต่ำกว่า 10−410−4 mbar (ควรเป็น 10−510−5 mbar)

ระยะเวลา:24–48 ชั่วโมง

คูลลิ่ง:ภายใต้สุญญากาศหรือการล้างอาร์กอนแบบแห้ง

หลังจากการอบออก แท่นวางจะถูกปิดผนึกไว้ในถุงที่สะอาดและกันแก๊สได้ โดยเติมอาร์กอนหรือไนโตรเจนกลับเข้าไป แล้วจัดส่งพร้อมกับชุดดูดความชื้น ต้องเปิดบรรจุภัณฑ์ภายในช่องเก็บของหน้ารถเท่านั้น

การทดสอบการรั่วของฮีเลียม

ซีลสุญญากาศทั้งหมด-รวมถึงฝาปิดปลายเครื่องทำความร้อน รอยเชื่อมกล่องรวมสัญญาณ และฟีดทรูทางไฟฟ้า- จะต้องผ่านการทดสอบการรั่วของฮีเลียม โดยทั่วไป อัตราการรั่วไหลที่ยอมรับได้สำหรับแผ่นทำความร้อนช่องเก็บของหน้ารถคือ<1×10−8<1×10−8 mbar·L/s (or better). The test report should be included in the documentation.

ใบรับรองความสะอาด

ซัพพลายเออร์จะต้องจัดเตรียมใบรับรองที่ระบุ:

วัสดุก่อสร้าง (เกรดโลหะผสม, ประเภทฉนวน)

ไม่มีการใช้สารเคลือบ กาว หรือสารเคลือบหลุมร่องฟันแบบออร์แกนิก

ขจัดคราบส่วนประกอบด้วยตัวทำละลายที่มีสารตกค้างต่ำ (เช่น อะซิโตนหรือไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์) ตามด้วยการล้างน้ำปราศจากไอออนและการทำความสะอาดอัลตราโซนิก

การประกอบขั้นสุดท้ายได้รับการจัดการด้วยถุงมือสำหรับห้องคลีนรูมและบรรจุในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากอนุภาค (ISO Class 5 หรือดีกว่า)

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบเพิ่มเติมสำหรับการรวม Glovebox

ข้อมูลจำเพาะของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

เทอร์โมคัปเปิ้ลหรือ RTD ที่ใช้สำหรับควบคุมอุณหภูมิจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการปล่อยก๊าซออกด้วย แนะนำให้ใช้เทอร์โมคัปเปิล Type K หรือ Type N ที่หุ้มฉนวนมิเนอรัล พร้อมหัวต่อแบบไม่มีกราวด์และซีลสุญญากาศ เทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มฉนวนโพลีเมอร์ไม่เป็นที่ยอมรับ สายเทอร์โมคัปเปิลควรออกจากกล่องเก็บของหน้ารถผ่านทางฟีดทรูที่ปิดสนิท

ขับเคลื่อนการป้อนเข้าสู่ถุงมือ

สายไฟและสายเซ็นเซอร์ของแท่นวางจะต้องผ่านผนังช่องเก็บของหน้ารถโดยผ่านระบบป้อนเข้าสุญญากาศที่ผ่านการรับรอง วิธีการทั่วไปคือการติดตั้งระบบป้อนสุญญากาศแบบหลายพิน (เช่น ด้วยฉนวนเซรามิก) บนหน้าแปลนช่องเก็บของหน้ารถ และเชื่อมต่อสายเคเบิลของแท่นวางภายในกล่อง ตัวแท่นวางควรมีขั้วต่อแบบสุญญากาศ ไม่ใช่ผมเปียที่ผ่านต่อมอัดโดยตรง

การต่อสายดินเพื่อความปลอดภัย

แม้ว่าบรรยากาศจะเฉื่อย แต่จำเป็นต้องมีการต่อสายดินไฟฟ้าที่เหมาะสม ตัวถังสแตนเลสของแท่นวางต้องเชื่อมต่อกับกราวด์ช่องเก็บของโดยใช้สายรัดโลหะเปลือยที่สะอาด ไม่ควรใช้จาระบีนำไฟฟ้าหรือสารป้องกันการยึดติดที่จุดต่อสายดิน

รายการตรวจสอบวัสดุต้องห้าม

ห้ามใช้วัสดุต่อไปนี้ในแผ่นทำความร้อนที่เข้ากันได้กับกล่องเก็บของหน้ารถโดยเด็ดขาด:

ตัวอย่างการปฏิบัติ: ตารางสรุปข้อมูลจำเพาะ

สำหรับแผ่นทำความร้อนช่องเก็บของหน้ารถทั่วไปที่ต้องทำงานที่ 150 องศาในบรรยากาศอาร์กอน เอกสารข้อมูลจำเพาะควรอ่านดังนี้:

สรุป: เครื่องมือระบายความร้อนแบบโลหะเปลือยที่ปิดสนิท

แผ่นทำความร้อนที่เข้ากันได้กับกล่องเก็บของหน้ารถเป็นผลงานชิ้นเอกด้านความบริสุทธิ์ของวัสดุ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ระบายความร้อนแบบโลหะเปลือยที่ปิดสนิทซึ่งจะไม่ปนเปื้อนในสภาพแวดล้อมเฉื่อยที่ละเอียดอ่อนที่สุด ด้วยการระบุสเตนเลสสตีลขัดเงาด้วยไฟฟ้าที่เป็นของแข็ง เครื่องทำความร้อนแบบหุ้มฉนวนแร่ที่ผนึกแน่นหนา โพลีอิไมด์หรือสายไฟ MI ที่มีการปล่อยก๊าซต่ำ และกล่องรวมสัญญาณแบบเชื่อมแบบกันแก๊สที่มีการป้อนผ่านแบบสุญญากาศ แผ่นผลลัพธ์ที่ได้นั้นไม่ได้เพิ่มสิ่งใดนอกจากความร้อนที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ การตรวจสอบผ่านการทดสอบ ASTM E595 การตรวจสอบการรั่วของฮีเลียม และการอบแบบสุญญากาศ ให้การรับประกันความสะอาดเป็นเอกสาร สภาพแวดล้อมที่สมบูรณ์แบบที่สุดต้องใช้เครื่องมือที่ไม่ได้ทำจากอะไรเลยนอกจากองค์ประกอบสำคัญ-และในกรณีของช่องเก็บของในบรรยากาศเฉื่อย นั่นหมายถึงแผ่นทำความร้อนที่แยกโมเลกุลภายนอกทุกตัวออก เงียบ ร้อน และบริสุทธิ์อย่างยิ่ง