Kuinka kuuma väkevöity palladiumkloridi (PdCl₂) -liuos 50–70 asteessa muuttaa vaadittua kvartsivaipan seinämän paksuutta sähköisen pinnoitteen aktivointiin ja katalysaattorilämmittimiin?

Kloorivetyhappohyökkäys ja jalometallikerrostuminen palladiumkloridiliuoksissa Palladiumkloridi (PdCl₂) on vakioaktivaattori sähköä johtamattomien alustojen (muovit, keramiikka, painetut piirilevyt) (muovit, keramiikka, piirilevyt) kemialliseen nikkeli- ja kuparipinnoitukseen, ja sitä käytetään myös katalysaattorina orgaanisissa syntetisaattoreissa. Tyypilliset teolliset pitoisuudet ovat 0,5–5 g/l PdCl2 laimeassa kloorivetyhapossa (1–10 ml/l väkevää HCl:a) Pd(OH)2:n hydrolyysin ja saostumisen välttämiseksi. Käyttölämpötilat ovat 50–70 astetta aktivointikylvyissä ja sähköttömissä toimenpiteissä. Kvartsi-upotuslämmittimiä käytetään usein palladiumliuoksissa korkean kemiallisen puhtauden (tärkeä katalyytin toiminnalle) ja sulatetun piidioksidin suuren kestävyyden vuoksi laimeaa kloorivetyhappoa vastaan. Palladiumkloridilla on kuitenkin kaksi hajoamisreittiä, nimittäin. Vapaa HCl (0,01–0,1 M) johtaa ensin kvartsin asteittaiseen happokorroosioon. Toiseksi ja mikä vielä tärkeämpää, palladiumionit voivat pelkistää termisesti metalliksi palladiumiksi kvartsin pinnalla, erityisesti pelkistyskemikaalien läsnä ollessa (esim. aikaisemmista herkistyskylvyistä siirretty tina(II). Metallinen palladium muodostaa tumman, johtavan, lämpöä eristävän kerroksen, joka voi absorboida säteilyä ja tuottaa kuumia kohtia. Lisäksi, jos palladiumkertymät putoavat lämmittimestä, ne voivat edistää kemiallisten pinnoituskylpyjen hajoamista. Palladiumesiintymiä, toisin kuin kultaa, on vaikea päästä eroon, ja ne vaativat yleensä aqua regiaa. Tässä tutkimuksessa arvioidaan PdCl2-pitoisuuden, lämpötilan (50-70C) ja liuoksen happamuuden vaikutuksia happokorroosioon ja palladiumin kerrostumisnopeuksiin sulatetulla piidioksidilla. Kvartsivaipan seinämäpaksuus, joka tarvitaan käytännön huoltoväleillä (3 000 - 10 000 tuntia) sähköttömissä aktivointi- ja katalyyttisissä lämmittimissä. Korroosion ja laskeuman kinetiikka palladiumkloridiliuoksissa Kvartsin hyökkäys palladiumkloridiliuoksissa on kaksi{95}}komponenttia. Ensinnäkin happamoitumisen aiheuttama vapaa HCl (pH 1–2) indusoi asteittaista happokorroosiota. Kvartsikorroosionopeudet 0,05 M HCl:ssä (pH 1,3) 60 asteessa ovat suhteellisen alhaiset, noin 0,0001-0,0003 mm/tunti. Nopeus kasvaa 0,0002–0,0005 mm/h 70 asteen kulmassa. Pelkästään happokorroosiolla 2,0 mm:n seinän käyttöikä olisi 4 000 - 20 000 tuntia. Toiseksi palladium kerrostuu, kun Pd 2+ -ionit pelkistyvät Pd 0:ksi. Pelkistystä katalysoivat lämpö, ​​valo ja pelkistysaineet. Palladiumin kerrostuminen on erittäin hidasta, suuruusluokkaa 0,0001–0,001 mm:n ekvivalenttipaksuus viikoittain puhtaissa, asianmukaisesti hoidetuissa aktivointikylvyissä, joihin ei siirry pelkistäviä aineita (esim. Sn²⁺ herkistymisestä). Käytännöllisillä tuotantolinjoilla, joissa osat vaihdetaan tina(II)-herkistyksestä palladiumaktivointiin, Sn2+-jäämät kulkeutuvat kuitenkin vääjäämättä. Sn2+ on tehokas Pd2+ pelkistävä aine: Sn²+ + Pd²+=Sn4+ + Pd0. Väheneminen on olennaisesti välitöntä millä tahansa pinnalla, mukaan lukien kvartsilla. Saostunut palladium tuottaa mustan tarttuvan pinnoitteen. Sulatetun kvartsin upotustesti tyypillisessä aktivointikylvyssä (2 g/l PdCl2, 5 ml/l HCl), joka sisälsi 10 ppm Sn2+ (simuloiva siirto) 60 asteessa, osoitti alkuperäisen palladiumin kerrostumisnopeuden 0,005-0,0,01,00,000,000,005,7 mm{laskua per asn,5 mm{100}{101} kulutetaan. 100 tunnin kuluttua näkyy jatkuva musta kerros, jonka paksuus on 0,5{140}}1,5 µm. Tämä pinnoite on lämpöä eristävä ja sähköä johtava. Se voi absorboida säteilyä sisäisestä lämmityslaitteesta, mikä nostaa kvartsipinnan lämpötilaa. Äärimmäisissä tapauksissa (korkea Sn 2+ -siirto, korkea lämpötila) palladiumkerros voi olla useita mikroneja paksu muutamassa päivässä. Vaikka tämä paksuus on pieni suhteessa kvartsin seinämän paksuuteen, kalvon optiset ja lämpöominaisuudet voivat johtaa paikalliseen ylikuumenemiseen. Lisäksi, jos palladiumkerros irtoaa, se voi saastuttaa kemiallisen pinnoituskylvyn ja aiheuttaa spontaanin hajoamisen. Haihduttamalla PdCl2 ja pelkistysaineet meniskivyöhykkeestä tulee herkkä palladiumin kertymiselle. Usein nesteviivan lähellä on musta rengas. Seinän paksuuden vaikutus käyttöikään palladiumkloridilämmittimissä Happokorroosio on hyvin hidasta ja palladiumin kerrostumista esiintyy pinnalla. Siksi kvartsin seinämän paksuuden lisääminen ei voi estää palladiumpinnoitteen muodostumista. 1,5 mm paksu seinä ja 3,0 mm paksu seinä keräävät palladiumia samalla nopeudella. Paksumpi seinä antaa kuitenkin paremman lämmönkestävyyden, jos eristävään palladiumpinnoitteeseen syntyy kuumia pisteitä. Kylpyhuoneissa, joissa esiintyy huomattavaa palladiumin kertymistä (esim. tuotantolinjat, joissa on korkea Sn2+-siirto), suositellaan paksumpaa seinämää (2,5-3,0 mm), joka tarjoaa turvamarginaalin halkeilua vastaan. Vakioseinät 1,5-2,0 mm sopivat erittäin puhtaisiin kylpyihin, joissa intensiivinen huuhtelu suoritetaan vaiheiden välillä. Palladiumkertymiä on melko vaikea päästä eroon. Palladium liukenee aqua regiaan (3:1 HCl:HNO3), mutta tämä on vaarallista. Laimennettua aqua regiaa (10-20 %) voidaan käyttää puhdistukseen, mutta toistuva puhdistus ei ole käytännöllistä. Useimmat käyttäjät vaihtavat lämmittimen, kun palladiumin kertyminen on merkittävää. Palladiumkloridiliuosten paksumpien seinien lämmönjohtavuus Palladiumkloridiliuosten lämmönjohtavuus 2 g/l:ssa ja 60 asteessa on noin 0,55-0,60 W/(m·K), samanlainen kuin veden. R_cond=0.00109, seinämän paksuus 1,5 mm; R_cond=0.00217, seinämän paksuus 3,0 mm. Kohdassa h=800 W/(m2 K), raja=0.00125. U laskee arvosta 427 arvoon 292 W/(m2 K), mikä tarkoittaa 32 % laskua. Ohuet seinät ovat toivottavia energiatehokkuuden kannalta, kun taas kerrostumisongelmat voivat suosia suurempia seiniä. Skenaarioon perustuva valintamatriisi kvartsivaipan seinämän paksuudelle kuumalle PdCl2-palvelusovellukselle Skenaario ja työolot EHDOTETTU SEINÄN PAKSUUDEN PERUSTELU KANTIIVISTEELLE VÄLTETTYYN KÄYTTÖOHJEET Sähköttömällä kuparin aktivoinnilla (2 g/l PdCl, valmistusaste 2, 5, 60) viikoittainen puhdistus) 2,5 – 3,0 mm, vakiolaatu, liekkikiillotettu Palladiumin laskeuma kohtalainen. Paksumpi seinä kestää kuumista alueista tulevan lämpökuorman. Liekkikiillotus alentaa tarttuvuutta. U ≈ 350 W/(m²K). Korkealaatuinen palladiumkatalyytti (0,5 g/L PdCl2, 50 astetta, perusteellinen pesu, ei Sn2+) 1,5 – 2,0 mm, puhdas kvartsi Vähäinen kerrostumista. erittäin alhainen happokorroosio Ohut seinämä parantaa energiatehokkuutta. U ~ 450 W/(m2K). Palladiumaktivointi huonolla pesulla (mikä tahansa lämpötila, voimakas Sn²⁺-siirto) 3,0 mm, käytä PTFERapid-palladiumpinnoitusta. Ei väliä kuinka paksu, kvartsin käyttöikä on lyhyt. Vaihtoehtoinen vaippa tarvitaan tai prosessia parannetaan. Täydentävät rakennemuutokset: Huolellinen huuhtelu herkistys- ja aktivointivaiheiden välillä minimoi Sn 2+ -siirron. Ilmanpoiston lisääminen aktivointihauteeseen voi hapettaa Sn:n 2+ Sn:ksi 4+ (mikä ei vähennä Pd:tä 2+ ). Kiillotettu kvartsipinta alentaa Pd:n tarttuvuutta. Saostumat poistetaan pesemällä määräajoin laimealla aqua regialla (varotoimia vaaditaan). Valon poissulkeminen hidastaa fotokemiallista pelkistystä.