TWI892092B - 用於輸送蒸氣的裝置和方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種可暴露於諸如鉬蒸氣、鎢蒸氣或其任何組合之化學蒸氣之裝置，該裝置具有覆蓋其至少一部分之一塗層。該塗層減少或抑制該裝置之一外表面暴露於蒸氣時之質量改變。在某些情境中，該質量改變為一質量增加，且該塗層減少或抑制等於或小於1 x 10^-5g mm^-2之質量增加。

Description

用於輸送蒸氣的裝置和方法

本發明係關於用於輸送鉬蒸氣之裝置及方法之領域。

當材料暴露於諸如鉬蒸氣之化學蒸氣時，各種材料遭受不希望的腐蝕。增加熱量、壓力或兩者可增強不希望的腐蝕。

可經由量測材料中之質量損失來偵測一材料(例如，金屬)中之腐蝕。暴露於化學蒸氣、熱量、壓力或其任何組合可導致暴露表面處之質量損失。可偵測及量測此種質量損失。

在暴露表面增加質量之特定條件下，可發生另一種不希望的腐蝕。即，在特定情境下，一材料(例如，金屬)中之腐蝕可經由量測暴露材料中、上或處之質量增加來偵測。暴露於化學蒸氣、熱量、壓力或其任何組合，可導致增強一材料之暴露表面中、上或處之質量增加。在某些情況下，質量增加發生在與材料發生化學反應之前，可將其歸類為腐蝕。

本發明之一些實施例係關於保護一材料之一表面之至少一部分免於質量改變。本發明之一些實施例係關於保護一材料之一表面之至少一部分免於質量增加。本發明之一些實施例係關於保護一材料之一表面 之至少一部分免受質量損失。本發明之一些實施例係關於保護一材料之一表面之至少一部分免受腐蝕。

在一些實施例中，質量增加至少部分歸因於在一材料之一表面上形成之殘留物。在一些實施例中，殘留物具有不同於材料之正常顏色之一特定顏色。在一些實施例中，殘留物為藍色或帶藍色的。在一些實施例中，殘留物改變材料之顏色。在一些實施例中，顏色改變為一藍色或帶藍色。在一些實施例中，質量增加至少部分歸因於在一材料之一表面上形成之鉬殘留物。在一些實施例中，質量增加至少部分歸因於在一材料之一表面上形成之鎢殘留物。

在一些實施例中，一裝置包括覆蓋該裝置之至少一部分之一塗層，其中該塗層經結構設計成暴露於一蒸氣，其中該塗層減少或抑制該裝置之一外表面暴露於該蒸氣時之質量改變。

在一些實施例中，蒸氣包括一金屬鹵化物蒸氣、一金屬鹵氧化物蒸氣之至少一者或其任何組合。

在一些實施例中，蒸氣包括鉬、鎢之至少一者或其任何組合。

在一些實施例中，蒸氣包括鉬蒸氣、鎢蒸氣之至少一者或其任何組合。

在該裝置之一些實施例中，質量改變為一質量增加。

在該裝置之一些實施例中，該塗層減少或抑制等於或小於1 x 10^-5g mm^-2之每單位面積之質量增加。

在該裝置之一些實施例中，質量改變為一質量損失。

在該裝置之一些實施例中，鉬蒸氣包括MoO₂Cl₂、 MoOCl₄、MoCl₅之至少一者或其任何組合。

在該裝置之一些實施例中，鎢蒸氣包括WCl₆、WCl₅、WOCl₄、WO₂Cl₃之至少一者或其任何組合。

在該裝置之一些實施例中，塗層包括一金屬氧化物、一金屬合金、一元素金屬、一石英之至少一者或其任何組合。

在該裝置之一些實施例中，塗層包括一金屬氧化物。

在該裝置之一些實施例中，金屬氧化物包括氧化鋁、氧化矽、氧化釔、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉿、氧化硼之至少一者或其任何組合。

在該裝置之一些實施例中，塗層包括一金屬合金。

在該裝置之一些實施例中，金屬合金包括小於20重量%之鉬(Mo)，基於金屬合金之一總重量。

在該裝置之一些實施例中，塗層包括鋁(Al)、矽(Si)、釔(Y)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、硼(B)之至少一者或其任何組合。

在該裝置之一些實施例中，塗層包括氧化釔、氧化鋁、二氧化矽、石墨、濺射鎳、氟化金屬合金、拋光不銹鋼、硼矽酸鹽玻璃之至少一者或其任何組合。

在該裝置之一些實施例中，質量增加至少部分歸因於鉬殘留物。

在該裝置之一些實施例中，當鉬蒸氣處於100℃或更高之一溫度時，塗層抑制塗層上鉬殘留物之形成。

在該裝置之一些實施例中，鉬殘留物為裝置之一材料與鉬 蒸氣之一反應產物。

在該裝置之一些實施例中，鉬殘留物不包含一蝕刻後殘留物、一灰化後殘留物、一化學機械平面化(CMP)後殘留物或其任何組合。

在該裝置之一些實施例中，鉬殘留物包括固體顆粒物質。

在一些實施例中，該裝置經結構設計用於輸送鉬蒸氣。

在一些實施例中，一蒸氣輸送系統包括本文揭示之任何一或多個裝置。

在一些實施例中，一方法包括獲得經結構設計有經結構設計成暴露於一蒸氣之一表面之一裝置，其中該表面之至少一部分包括一塗層，其中該塗層抑制該裝置之一外表面暴露於蒸氣時之質量改變；且將表面暴露於100℃或更高之一溫度之蒸氣中。

在一些實施例中，蒸氣包括一金屬鹵化物蒸氣、一金屬鹵氧化物蒸氣之至少一者或其任何組合。

在一些實施例中，蒸氣包括鉬、鎢之至少一者或其任何組合。

在一些實施例中，蒸氣包括鉬蒸氣、鎢蒸氣之至少一者或其任何組合。

在該方法之一些實施例中，質量改變為一質量增加。

在該方法之一些實施例中，塗層減少或抑制等於或小於1 x 10^-5g mm^-2之每單位面積之質量增加。

在該方法之一些實施例中，鉬蒸氣包括MoO₂Cl₂、MoOCl₄、MoCl₅之至少一者或其任何組合。

在該裝置之一些實施例中，鎢蒸氣包括WCl₆、WCl₅、 WOCl₄、WO₂Cl₃之至少一者或其任何組合。

在該方法之一些實施例中，溫度為自130℃至180℃。

在該方法之一些實施例中，暴露步驟持續時間為24小時或更短。

在該方法之一些實施例中，質量增加經由鉬殘留物，鉬殘留物不包含一蝕刻後殘留物、一灰化後殘留物、一化學機械平面化(CMP)後殘留物或其任何組合。

100:裝置

102:管

104:內腔

106:塗層

本文僅藉由實例，參考隨附圖式描述本發明之一些實施例。現具體詳細參考圖式，應強調，所展示之實施例係藉由實例且出於對本發明實施例之說明性討論的目的。在此方面，結合圖式之描述使得熟悉此項技術者清楚可如何實踐本發明之實施例。

圖1展示已在170℃下暴露於鉬蒸氣數小時後之一比較鎳鉻鉬鎢合金(例如，Hastelloy C22^®)。

圖2展示一比較不銹鋼材料(機械拋光316L SS)已在160℃下暴露於鉬蒸氣數小時。

圖3展示一比較不銹鋼材料(電拋光之拋光SS)已在170℃下暴露於鉬蒸氣數小時。

圖4展示已在170℃下暴露於鉬蒸氣數小時之一比較Mo箔。

圖5展示已在160℃下暴露於鉬蒸氣數小時之一比較含氟聚合物組份。

圖6展示已在160℃下暴露於鉬蒸氣數小時之一例示性石英 玻璃載玻片。暴露後，材料表面上未形成藍色殘留物。亦無可量測之質量增加。

圖7展示不銹鋼上之一例示性氧化鋁塗層，該塗層已在160℃下暴露於鉬蒸氣數小時。

圖8展示根據一實施例之一裝置之一示意性橫截面視圖。

本發明主張一申請日期為2022年3月8日之美國臨時申請案第63/317,718號之優先權。

在已揭示之該等益處及改良中，本發明之其他目的及優點將自以下結合附圖之描述中變得顯而易見。本文揭示本發明之詳細實施例；然而，應暸解，所揭示之實施例僅為對可以各種形式體現之發明之說明。另外，關於本發明之各種實施例給定之實例之各者旨在為說明性的，而非限制性的。

貫穿說明書及發明申請專利範圍，除非上下文另有清楚規定，否則以下術語具有本文明確關聯之意義。本文使用之片語「在一個實施例中」、「在一實施例中」、及「在一些實施例中」不一定指代相同實施例，儘管其可如此。此外，本文使用之片語「在另一實施例中」及「在一些其他實施例中」不一定指代一不同的實施例，儘管其可如此。在不脫離本發明之範疇或精神之情況下，本發明之全部實施例旨在為可組合的。

如本文使用，術語「基於」不具有排他性，且容許基於未描述之額外因素，除非上下文另有清楚規定。另外，貫穿說明書，「一」、「一個」及「該」之意義包含複數引用。「中」之意義包含「中」、「處」及「上」。

如本文使用，術語「之間」不一定需要直接緊鄰其他元件安置。通常，此術語意謂一結構設計，其中一些東西被兩個或更多個其他東西夾在中間。同時，術語「之間」可描述直接緊鄰兩個相對東西之東西。因此，在本文揭示之任何一或多個實施例中，安置在兩個其他結構元件之間之一特定結構組件可為：直接安置在兩個其他結構元件兩者之間，使得特定結構組件與兩個其他結構元件兩者直接接觸；直接緊鄰兩個其他結構元件之僅一者安置，使得特定結構組件僅與兩個其他結構元件之一者直接接觸；間接緊鄰兩個其他結構元件之僅一者安置，使得特定結構組件不與兩個其他結構元件之僅一者直接接觸，且存在將特定結構組件與兩個其他結構元件之一者並置之另一元件；間接安置在兩個其他結構元件兩者之間，使得特定結構組件不與兩個其他結構元件兩者直接接觸，且其它特徵可安置在其等之間；或其任何組合。

圖1展示已在170℃下暴露於鉬蒸氣數小時後之一比較鎳鉻鉬鎢合金(例如，Hastelloy C22^®)。暴露後，在例示性鎳鉻鉬鎢合金之主表面上已形成一藍色或帶藍色殘留物。歸因於在表面形成藍色殘留物，亦存在一可量測之質量增加。

圖2展示一比較不銹鋼材料(機械拋光316L SS)已在160℃下暴露於鉬蒸氣數小時。暴露後，在不銹鋼材料之主表面上已形成一藍色或帶藍色殘留物。歸因於在表面形成藍色殘留物，亦存在一可量測之質量增加。

圖3展示一比較不銹鋼材料(電拋光之拋光SS)已在170℃下暴露於鉬蒸氣數小時。暴露後，在不銹鋼材料之主表面上已形成一藍色或帶藍色殘留物。另外，在材料之主表面上已形成腐蝕點(展示為黑點)。歸因於在表面形成藍色殘留物，亦存在一可量測之質量增加。

圖4展示已在170℃下暴露於鉬蒸氣數小時之一比較Mo箔。暴露後，在材料之主表面上已形成明顯的藍色殘留物及MoO₂Cl₂晶體。歸因於在表面形成藍色殘留物，亦存在一可量測之質量增加。

圖5展示已在160℃下暴露於鉬蒸氣數小時之一比較含氟聚合物組份。暴露後，在材料表面上已形成明顯的藍色殘留物點。歸因於在表面形成藍色殘留物，亦存在一可量測之質量增加。

圖6展示已在160℃下暴露於鉬蒸氣數小時之一例示性石英玻璃載玻片。暴露後，材料表面上未形成藍色殘留物。亦無可量測之質量增加。

圖7展示不銹鋼上之一例示性氧化鋁塗層，該塗層已在160℃下暴露於鉬蒸氣數小時。暴露後，在材料表面上已形成很少之藍色殘留物。亦無可量測之質量增加。類似地，Si上之AlOx在160℃下暴露於鉬蒸氣數小時，導致在材料表面上形成很少的藍色殘留物，且無可量測之質量增加。

下文展示之表1展示在100℃或更高溫度下暴露於鉬氣體數小時後，各種樣品材料之質量%改變。

此外，各種材料在220℃下暴露於WCl₅蒸氣超過24小時，展示材料之一質量改變，其中存在一質量損失。質量損失歸因於腐蝕。

根據經結構設計成暴露於化學蒸氣之裝置之一些實施例，諸如在一些實施例中之WCl₅，諸如在一些其他實施例中之鉬蒸氣，將暴露於化學蒸氣之裝置之一表面藉由一表面處理、一添加塗層或其一組合來保護。雖然此塗層可暸解為減少或抑制歸因於腐蝕之質量損失，但令人驚訝的是，判定某些類型之表面處理、添加的塗層或兩者亦可有益地減少表面之質量增加。此外，某些類型之表面處理、添加的塗層或兩者亦可減少及/或抑制表面上藍色殘留物之形成。

根據一些實施例，塗層可包含一金屬氧化物、一金屬合金、一元素金屬、一石英之至少一者或其任何組合。在一些實施例中，塗層包括一金屬氧化物，且金屬氧化物可為氧化鋁、氧化矽、氧化釔、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉿、氧化硼之至少一者或其任何組合。在一些實施例中，塗層包括一金屬合金，諸如基於金屬合金之一總重量具有小於 20重量%之鉬(Mo)之一合金。在一些例示性實施例中，塗層包含鋁(Al)、矽(Si)、釔(Y)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、硼(B)之至少一者或其任何組合。在一些例示性實施例中，塗層包含氧化釔、氧化鋁、二氧化矽、石墨、濺射鎳、氟化金屬合金、拋光不銹鋼、硼矽酸鹽玻璃之至少一者或其任何組合。

因此，在裝置及方法之各種實施例中，包含經結構設計成暴露於化學蒸氣(諸如WCl₅及/或鉬)之裝置上之一塗層。在一些實施例中，塗層減少或抑制等於或小於1 x 10^-5g mm^-2之每單位面積之質量改變(質量增加或質量損失)。

圖8展示一裝置100之一實例，該裝置為一管102(一示意性橫截面視圖)，其具有由管102之一主體界定之一內腔104，其中內腔104經結構設計成輸送、流動或提供上述化學蒸氣之一路徑。根據本文揭示之一或多個實施例，界定內腔之管之表面具有一塗層106(或一表面處理)。

Claims (5)

1. 一種輸送蒸氣之裝置，其包括：覆蓋該裝置之至少一部分之一塗層，其中該塗層經結構設計成暴露於一蒸氣，其中該塗層減少或抑制該裝置之一外表面暴露於該蒸氣時之質量改變，其中該質量改變為一質量增加，且該塗層減少或抑制等於或小於1 x 10^-5g mm^-2之每單位面積之該質量增加，其中該塗層包括一石英。
2. 如請求項1之輸送蒸氣之裝置，其中該蒸氣包括MoO₂Cl₂、MoOCl₄、MoCl₅、WCl₆、WCl₅、WOCl₄、WO₂Cl₃之至少一者或其任何組合。
3. 如請求項1之輸送蒸氣之裝置，其中該裝置經結構設計用於輸送蒸氣。
4. 一種輸送蒸氣之方法，其包括：獲得經結構設計有經結構設計成暴露於一蒸氣之一表面之一裝置，其中該表面之至少一部分包括一塗層，其中該塗層抑制該裝置之一外表面暴露於該蒸氣時之質量改變，其中該質量改變為一質量增加，且該塗層減少或抑制等於或小於1 x 10^-5g mm^-2之每單位面積之該質量增加，其中該塗層包括一石英；及將該表面暴露於100℃或更高之一溫度之蒸氣中。
5. 如請求項4之輸送蒸氣之方法，其中該蒸氣包括MoO₂Cl₂、MoOCl₄、MoCl₅、WCl₆、WCl₅、WOCl₄、WO₂Cl₃之至少一者或其任何組合。