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為什么說(shuō)氦氣是然氣體中被忽視的“黃金”?
氦(He)在整個(gè)宇宙中占23%,含量?jī)H次于氫,但氦氣濃度低,為一種稀有氣體。目前,具有工業(yè)價(jià)值的氦(>0.1%)主要提取自然氣藏,含量較高可達(dá)7.5%。近年來(lái),液化然氣(LNG)產(chǎn)業(yè)興起,氦氣可在LNG尾氣中富集,可進(jìn)一步降低氦氣的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
氦氣具有化學(xué)惰性,常被用做半導(dǎo)體工業(yè)的保護(hù)氣和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的載體氣。氦氣可以隔絕氧氣,避免電焊工件、單質(zhì)硅和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。目前,保護(hù)氣已成為氦氣的第二大應(yīng)用領(lǐng)域。在氣相色譜中,氦氣作為載體氣可運(yùn)送被測(cè)氣體且不與其發(fā)生反應(yīng)。氦氣分子較小,使其穿透能力強(qiáng)、密度小,被用做管道檢漏,可解決單純依靠聲波檢測(cè)技術(shù)無(wú)法解決的問題,對(duì)深埋管道或擁有保溫層防腐層的熱力、輸油、輸氣管道,特別是低壓運(yùn)行的管道,有明顯的檢測(cè)效果。此外,氦氣在高真空裝置、核反應(yīng)堆、宇宙飛船中用作檢漏劑和掃氣。氦氣密度比空氣小很多,常被充入氣球和飛艇,帶人們?cè)诳罩酗w翔。氦氣化學(xué)性質(zhì)不活潑,使氦氣熱氣球和飛艇比氫氣熱氣球和飛艇更為安全。
氮?dú)?/strong>的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不活潑 只有在高溫高壓或者是放電的情況下才進(jìn)行反應(yīng) 而且0毒無(wú)污染,來(lái)源廣泛,市場(chǎng)價(jià)值便宜,通常都是用于做標(biāo)準(zhǔn)氣體的底氣。下面一起看拿下高純氮?dú)鈽?biāo)準(zhǔn)氣體的選擇技巧。
通常,人們常用百分濃度來(lái)轟示氣體的純度,即所謂用幾個(gè)“9”字的表示法。例如,某種氣體濃度為99.9%,表示含有0.1% 的雜質(zhì)(即雜質(zhì)含量為1000ppm)。按通常的概念,顯然,濃度為99.995%的氣體比99.99%的氣體更純,人們使用起來(lái)似乎能更放心。但是,如果在選擇純度時(shí)限于這種考慮,則不論對(duì)科研或生產(chǎn)都將有不利的影響。如果只作這樣的考慮,顯然忽視了兩個(gè)主要因素,即高純氮?dú)鈽?biāo)準(zhǔn)氣體的價(jià)格和所含雜質(zhì)的危害性?!?
獲得7個(gè)“9”以上的超高純氮?dú)鈽?biāo)準(zhǔn)氣體,現(xiàn)已相當(dāng)困難,除在實(shí)驗(yàn)室中能提供一部分外,在一般工業(yè)生產(chǎn)中難以大量提供。因此,從經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō),單純追求“9”字?jǐn)?shù)目的純氣體,除了在科研中還能有條件地接受之外,在一般生產(chǎn)上是根本無(wú)法接受的。
我們應(yīng)該從氣體中所含雜質(zhì)的濃度和該雜質(zhì)對(duì)本工藝的危害性角度出發(fā)來(lái)選擇使用高純氣體。這是因?yàn)槟壳耙箽怏w中的雜質(zhì)總量降到lppm以下雖然是困難的,但對(duì)將單項(xiàng)有害雜質(zhì)降到l×10-9或更低的水平還是可能的。按目前的工藝水平,硅中雜質(zhì)總含量不會(huì)低于10-8(1ppm)的水平,但是,對(duì)其中有危害的電活性雜質(zhì)磷、硼等的單項(xiàng)控制,巳達(dá)1×10-8 ~l×10-10 。(即O.1~O.O1ppb)的水平。
氬氣是如何制取的呢?
可以采用空氣分離提取氬氣,使用即將液化的空氣進(jìn)行精餾,得到粗氬,經(jīng)進(jìn)一步提純可得到高純氬,高純氬在半導(dǎo)體工業(yè)中用作生產(chǎn)高純硅和鍺晶體的保護(hù)氣體;可用作系統(tǒng)清洗、屏蔽和增壓用的惰性氣體;在化學(xué)氣相沉積、濺射和退火等工藝中有所應(yīng)用。
氬氣在工業(yè)生產(chǎn)中的作用
氬氣主要是用于燈泡充氣和對(duì)不銹鋼、鎂、鋁等的電弧焊接。還用于鋼鐵、鋁、鈦和鋯的冶煉中。放電時(shí)氬發(fā)出紫色輝光,又用于照明技術(shù)和填充日光燈、光電管、照明管等。
在釀酒的過(guò)程中,氬氣可作為啤酒桶里的填充物,以避免啤酒桶里的原料被氧化成乙算。熱處理工藝也用于代替氮?dú)夂桶睔?,效果更是超過(guò)氮?dú)夂桶睔猓讳P鋼熱處理時(shí)采用氬氣保護(hù)折彎效果更好不易斷裂。