Химической устойчивостью

Рецензент докт. техн. наук проф. А. В. Нетушил (Московский институт тонкой химической технологии)

Микроминиатюризация аппаратуры, повышение ее быстродействия и точности функциональных параметров требуют особого внимания к неразрушающим методам контроля и управлению качеством продукции. Использование специальных материалов и химической технологии делает актуальным вопрос об охране окружающей среды и людей, занятых в сфере производства РЭА.

На базе УМШН «Днепр» было выполнено большое количество систем автоматизации научных исследований, в том числе в области управления ускорителями, обработки трубного аэродинамического эксперимента, химической технологии, физики земли, океанологии, биологии, механики. Разработанные в это же время коллективом под руководством Б. М. Кагана управляющие машины ВНИИЭМ применялись, в основном, для управления энергоблоками и энергосистемами.

Данная книга построена на основе методического пособия по курсу «Электротехника и основы электроники», изданного в Московском институте тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова в 1982 и 1983 гг.

В производстве полупроводниковых материалов, как это видно из аппаратурно-технологических схем получения элементарных полупроводников (см. 3.1 и 3.3), применяется большое количество различных аппаратов. Многие из них, особенно на переделе получения поликристаллических полупроводников, относятся к аппаратам общей химической технологии. Это ректификационные колонны, скрубберы, конденсаторы, абсорберы и др. Принципиальные конструктивные схемы этих аппаратов относительно просты и не требуют особого пояснения. Схемы некоторых из них, например реактора водородного восстановления, были приведены выше (см. 3.4). Наиболее ответственными в общей цепи аппаратов являются установки для получения конечной продукции — монокристаллов полупроводников.

15. Бенедек П., Ласло А. Научные основы химической технологии. Л., «Химия», 1970. 376 с.

17. Бояринов А. И., Кафаров В. В. Методы оптимизации в химической технологии. М., «Химия», 1969, с. 10—116.

18. Френке . Р. Математическое моделирование в химической технологии. М., «Химия», 1971, 270 с.

2. Абакумов А.А., Вихман B.C. Исследование дефектов и определенна метода разбраковки сварных швов аппаратов химической технологии. - Сб. "Шз'ка и технический прогресс в нзфтехимии". Изд-во Башкирского республиканского прав-

делий сложной конфигурации. Электролиты 3 н 4 — для блестящего цип-коваиня Электролит 5 — при необходимости уда тения водорода нз цинкового покрытия посче термообработки при 200 °С в течение 30— 60 мин Электролиты 6 н 7, разработанные институтом химии к химической технологии АН ЛитССР, применяют для блестящего цинкования на подвесках (электролит 6) н в барабанных ваннах (электролит 7).

Электролиты 5 и 6 разработаны Институтом химии и химической технологии АН ЛнтССР. Электролит 5 предназначен для колокольных н барабанных ванн, электролит G — для стационарных ванн н автоматических установок При приготовлении электролита используется добавка Лимеда БК-2С, для корректирования — лимеда БК-2. Ориентировочный расход добавки — 0,02 л/м^ Корректирование проводят после прохождения через электролит 3—4 А-ч/л.

Керамические корпуса характеризуются высокой механической прочностью и химической устойчивостью, хорошими диэлектрическими свойствами. Их изготавливают аналогично стеклянным:, но в отличие от последних керамические заготовки легче поддаются металлизации. Разработаны специальные токопроводные пасты на основе Мо — Мп, благородных металлов, которые наносят на детали через трафареты. После высокотемпературного (700... ...1000°С) обжига на поверхности керамики образуется металлический слой, обеспечивающий герметичное соединение пайкой. Соединение деталей получают также при помощи стеклоцемента. Контроль качества герметизации. Важным условием получения высокого качества герметизации является хорошо организованный технический контроль этих работ. Он включает систематическую проверку состояния герметизируемых материалов, автоматическое поддержание оптимальных технологических режимов отдельных операций, операционный и выходной контроль, а также определение герметичности. Методы выходного контроля разделяются на две группы: неразрушающие и разрушающие. К первой группе относятся: контроль внешнего вида на отсутствие пор, трещин, сколов, газовых включений, определение геометрических параметров и физико-механических характеристик (внутренних напряжений, влагопроницаемости, теплопроводности и др.), проверка функционирования и герметичности.

Борная кислота Н3ВО3 обладает способностью компенсировать реактивность при выгорании топлива, физической и химической устойчивостью. Поэтому ее используют в качестве регулятора на мощных реакторах ВВЭР (концентрация НзВОз 16 г/кг). Для уменьшения скорости коррозии конструкционных материалов при взаимодействии с Н3ВОз в первый контур вводят сильное основание; в результате этого повышается рН.

Если температура травления ниже 150 — 200 °С, чаще всего используют сосуды и арматуру из фторопласта-4 (Ф-4). Этот материал обладает достаточной химической устойчивостью против действия растворов минеральных кислот и щелочей в широком интервале температур. Интенсивное разложение фторопласта наблюдается лишь в расплавах щелочных металлов и при нагревании в средах с высоким содержанием элементарных фтора или хлора.

Кинетика анодного растворения кремния во многом подобна рассмотренной кинетике растворения германия, но имеет некоторые особенности, связанные с химической устойчивостью его оксида в водных растворах. Для растворения поверхностных оксидов кремния необходимо присутствие в составе электролита ионов F ~. Если оксидная пленка удалена, кинетика анодного растворения кремния определяется, как и германия, концентрацией дырок на поверхности. Электродные характеристики кремния в электролите отличаются от электродных характеристик германия только количественно. Дырки, необходимые для перевода в раствор атомов кремния, возникают в основном за счет генераций на. поверхности. Диффузия дырок из объема в этом случае играет существенно меньшую роль.

Пленки из халькогенидных стекол. Группа веществ стеклообразного состояния, в состав которых в качестве окислителей входят Si, S и Те, получили название халькогенидных стекол. Наибольшей способностью к стеклообразованию обладают халькогениды фосфора и мышьяка, в состав которых входят таллий и германий. При этом их состав допускает значительное отклонение от стеклометрического. Они обладают высокой химической устойчивостью к воздействию воды, концентрированных и разбавленных кислот HF, HC1, СН8СООН и НМО3, но взаимодействуют с концентрированной HNO3. Введение германия повышает устойчивость этих стекол к азотной кислоте. По отношению к щелочам их химическая стойкость низка. Они реагируют с Си, Ag, Pb; химическое взаимодействие с Аи, Pt, A1, Та, Ti, Si, Сг, нихромом и силикатными материалами практически отсутствует. Введение германия понижает их реакционную способность к металлам.

Кварцевое стекло имеет высокую стойкость к резким перепадам температуры в связи с низким значением ТК.1 = 5,8-10~7 l/град; оно оптически, прозрачно в широком интервале длин волн от 250 до 4700 ммкм (короткие ультрафиолетовые — длинные инфракрасные); оно характеризуется химической устойчивостью и малыми проводимостью и потерями. При 20° С у = 10~18 l/ом-см; е = 3,5; tg б = = 3-10~4 при 106 гц; Епр = 150 кв/см (d = 1 мм). Нагревание до"200° С несколько сказывается на свойствах: у = 10~s IIом-см; tg б = 1,5-10~3; повышение влажности воздуха вызывает возрастание поверхностной проводимости (см. 9.2). • '.

следовательно, меньшей химической устойчивостью к по-

Кварцевая керамика обладает рядом ценных свойств: исключительно высокой термостойкостью благодаря низ-, кому коэффициенту линейного расширения, хорошей химической устойчивостью, благоприятными и стабильными электрофизическими свойствами. Для изготовления изделий кварцевой керамики практически пригодны все М'етоды керамической технологии, включая горячее прессование. Однако наибольшее распространение получили методы прессования и особенно водног о литья шликеров в гипсовые формы.

В последние годы привлекают к себе внимание двойные оксиды редкоземельных элементов (РЗЭ) и иттрия1, в частности хромиты. Эти высокотемпературные материалы стойки к окислению и обладают высоким уровнем проводимости электронного типа и достаточно высокой химической устойчивостью, что и делает их перспективными для применения в ряде отраслей техники. Для всех редкоземельных оксидов характерно образование с оксидом хрома химического, соединения вида МеСгОз

ла —99. Температура разложения 1900°С, теплота образования 750 Дж/моль. Коэффициент линейного расширения 2,75 в интервале 20—1000°С. Нитрид кремния —хороший диэлектрик. Удельное сопротивление при 20°С — 1013-и QM . см_ Нитрид кремния отличается исключительно высокой химической устойчивостью. Он устойчив по отношению <к кислотам, парам воды, большинству расплавленных металлов (Al, Pb, Zn, Sn и др.), а также к окислению в среде кислорода при умеренных температурах. В этом смысле нитрид кремния — уникальный материал, и интерес к нему в последнее время возрастает. I *'-V.-A:»f: Получают ,Si3'N4 теми же методами, что и нитриды бора и алюминия, т. е. прямым азотированием. Кроме того, Si3N4 можно получать восстановлением оксида кремния углем в среде азота с некоторыми добавками в интервале 1250—1300°С. При азотировании металлического кремния его размеры практически не меняются, несмотря на то что удельный объем образовавшегося Si3N4 больше удельного объема кремния. В этом процессе происходит реакционное спекание и образование Si3N4- Вследствие заполнения образовавшимся Sig^ пор

высока - 40-70 долл/кВт (цены 1981 г.), поэтому предложено использовать сплав Pt-Pd, что позволит снизить стоимость катализатора примерно в 1,5 раза [95, с. 1149]. Рассматривается также возможность применения сплавов Pt-V, Pt-Zr, Pt-Ta [96], Каталитическая активность сплава Pt-V оказалась выше активности Pt [97, с. 127-130]. Кроме того, эти катализаторы обладают высокой химической устойчивостью. Их применение позволит повысить рабочую температуру ТЭ до 210°С, давление до 0,8 МПа, что приведет к улучшению параметров ТЭ. Предложен смешанный металлоорганический и платиновый катализатор, который оказался активнее и дешевле платиновых катализаторов [170, с. 168-170]. Кроме того, ведется поиск новых носителей катализаторов. В качестве последних рекомендуются угольные материалы, графитизируемые при температурах до 2800°С, а также карбиды кремния и титана [97, с. 1-5]. Ведется поиск новых, более устойчивых материалов межэлементных теплообменников, предназначенных для отвода тепла из ТЭ.