用液氮深冷急凍技術凍結貯存,水產品,可達到國家一級鮮度標準,急凍后在-32℃下儲運。可保持6個月以上干耗小于1%,品質仍如如新鮮。如速凍治對蝦,液氮消耗量,約為2.0kg液氮/1kg對蝦。日本液氮年產量達4~5萬噸,大部分用于速凍食品,西歐國家液氮量的1/3用于食品速凍。
干食品的氣調包裝:
對于自然干燥或經人工干燥的花生、茶葉、奶粉、土豆片、紫菜等食品,通過真空充氮[99.9%~99.99%(V/V)]將氧氣含量控制在500×10-6(V/V)以下,防止食品氧化而變色、變質、變味。
熟食制品的氣調包裝:
這類包裝主要抑制氧化作用和阻止細菌、微生物、霉菌的生長繁殖,防止食品的霉變。在氣調包裝中充注食品級二氧化碳,通常配氣比為40%~60%。
?魚肉類及果蔬的氣調包裝:
這類食品不但要防止腐爛變質,同時還要保持新鮮感。微生物、細菌在這類食品中極易生長毓,厭氧和喜氧微生物同時存在,因此需要配比一定比例組分的混合氣,如鮮肉氣調包裝,用二氧化碳抑制微生物細菌的生長和繁衍,用氧來保持鮮肉色澤并抑制厭氧微生物的生長,配制的混合氣二氧化碳占20%~35(V/V),氧占40%~70%(V/V)。海鮮水產品含有大量厭氧微生物,因此在氣調包裝中氣體混合比為氧占60%~80%(V/V),二氧化碳占20%(V/V)。果蔬的氣調保鮮最為復雜,因為新鮮收獲的水果、蔬菜仍保持內部的生命機制,還處在呼吸階段,因此呼吸作用越強,保存時間越短,也最容易腐爛變質,為此必須控制配制一定比例的混合氣和適當的貯藏溫度來控制果蔬的呼吸強度,如柑橘氣調包裝控制混俁氣比例為氧占12.5%~17.5%(V/V),二氧化碳占1.35%~3.65%(V/V),就能抑制其呼吸強度。實踐證明,腐果率可由7.63%下降到2.32%。
蛋類氣調包裝:
二氧化碳對禽蛋類的保鮮十分有效,其因是久放的禽蛋,在其內部二氧化碳通過蛋殼上的微孔逐漸釋放,造成蛋中pH值增大,使蛋白縮合成水樣蛋白。將30%~70%(V/V)二氧化碳氣調包裝禽蛋6~10h,二氧化碳通過蛋殼上的微孔滲入蛋內,能夠延緩形成水樣蛋白的速度,可達到保鮮目的。
氮氣灌裝啤酒:
在啤酒的貯存過程中,中性的氮氣可以比酸性的二氧化碳更好地保持啤酒的理化指標;使用液氮比使用二氧化碳可降低生產成本30%。
液氮供氣系統安全穩定,且操作方便,使用氮氣灌裝的啤酒泡沫更加豐富、潔白,且細膩,掛杯率增加,泡沫消失的速度減緩。
啤酒釀制過程中采用的水含有氧,由于氧的存在往往會使啤酒的口味、顏色和穩定度受到不利的影響。該技術將氮氣泡注入水中,從而減少水中的含氧量。氣泡會產生濃度梯度,迫使溶解氧擴散。
?液氮灌充水果飲料罐頭:
充液氮的原因:原先的水果飲料罐頭,在封罐時要加熱,因此當罐冷卻時,就會因罐內物質體積收縮而造成負壓,從而出現罐體凹癟,為此減少罐壁厚度,節約用料。此外,在水果飲料罐頭中充入液氮,可排除部分空氣,有利于飲料的貯存。據試驗,每罐飲料大約只需0.7克液氮。其中,實際封入罐內的液氮只有0.1克,其余的均在充填過程中汽化了。
據估算,由于空罐壁厚減薄,價格可減得較多,即使增加了充灌液氮的成本,包裝費用仍只有以前的90%左右,而且保質期可延長。
?乙機餐保鮮:
干冰,固態的二氧化碳,形狀似冰雪,受熱不經熔化而直接氣化,故名干冰。在常壓下蒸發時可得-80℃左右的低溫,減壓下蒸發時則溫度更低。干冰主要用于食品工業保藏食物。因可獲得-80℃的低溫,也可作一般致冷劑用。干冰(二氧化碳)溶于水時,部分生成碳酸,所以亦稱“碳酸酐”或“碳酸氣”。
]]>一、電子氣體的分類
電子氣體按純度可分為:純電子氣體、高純電子氣體和半導體特殊材料氣體;
按規模等級和適用場合分為:電子級、LSI(大規模集成電路)級、VLSI(超大規模集成電路)級、ULSI(特大規模集成電路)級。
二、常用電子氣體
外延生長是一種單晶材料淀積并生產在襯底表面上的過程,在半導體工業中,在仔細選擇的襯底上選用化學氣相淀積的方法,生長一層或多層材料所用的氣體叫做延外氣體。常用的硅外延氣體有二氯二氫硅、四氯化硅和硅烷等。主要用于外延硅淀積,多晶硅淀積,氧化硅膜淀積,氮化硅膜淀積,太陽能電池和其他光感器的非晶硅膜積淀等。常見外延電子混合氣體組成如下
組成氣體 | 平衡氣 |
硅烷(SiH4) | 氦、氬、氫、氮 |
氯化硅(SiCl4) | 氦、氬、氫、氮 |
二氯二氫硅(SiH2Cl2) | 氦、氬、氫、氮 |
乙硅烷(Si2H6) | 氦、氬、氫、氮 |
蝕刻就是講基片上無光刻膠掩蔽的加工表面(如金屬膜、氧化硅膜)蝕刻掉,而使有光刻膠掩蔽的區域保存下來,以便在基片表面上獲得所有的成像圖形。蝕刻方式有濕法化學蝕刻和干法化學蝕刻。蝕刻氣體通常多為氟化物氣體(鹵化物類),例如四氟化碳、三氟化氮、三氟甲烷、六氟乙烷、全氟丙烷等。產檢蝕刻氣體
材質 | 組分氣體 | 平衡氣 |
鋁 | 氯硅烷(SiCl4)、四氯化碳(CCl4) | 氬、氦 |
鉻 | 四氯化碳(CCl4) | 氧、空氣 |
鉬 | 二氟二氯化碳(CCl2F2)、四氟化碳(CF4) | 氧 |
鉑 | 三氟三氯乙烷(C2Cl3F3)、四氟化碳(CF4) | 氧 |
聚硅 | 四氟化碳(CF4)、乙烷(C2H6) | 氧、氯 |
硅 | 四氟化碳(CF4) | 氧 |
鎢 | 四氟化碳(CF4) | 氧 |
在半導體器件和集成電路制造中,將某些雜質摻入半導體材料內,是材料具有所需要的導電類型和一定的電阻率,以制造電阻、PN結、埋層等。摻雜工藝所用的氣體成為摻雜氣。主要包括砷烷 、磷烷、三氟化磷、五氟化磷、三氟化砷、五氟化砷、三氟化硼和乙硼烷等。通常將摻雜源與運載氣體(如氬氣和氮氣)在源柜中混合,混合后氣流連續注入擴散爐內并環繞晶片四周,在晶片表面沉積上摻雜劑,進而與硅反應生成摻雜金屬而徒動進入硅。常用摻雜電子氣有:
類型 | 組分氣 | 稀釋氣 | 備注 |
硼化合物 | 乙硼烷(B2H6)、三氯化硼(BCl3)、溴化硼(BBr3) | 氦、氬、氫 | 具有P形性質 |
磷化合物 | 磷烷(PH3)、氯化磷(PCl3)、溴化磷(PBr3) | 氦、氬、氫 | 具有N形性質 |
砷化合物 | 砷烷(AsH3)、三氯化砷(AsCl3) | 氦、氬、氫 | |
硒化合物 | 硒化氫(H2Se) | 氮 |
化學氣相淀積混合氣體(CVD)是利用揮發性化合物,通過氣相化學反應淀積某種單質或化合物的一種方法,即應用氣相化學反應的一種成膜方法。依據成膜種類,使用的化學氣相淀積(CVD)氣體也不相同。
膜的種類 | 混合氣組成 | 生成方法 |
半導體膜 |
硅烷(SiH4)+氫(H2); 二氯二氫硅(SiH2Cl2)+氫(H2); 氯硅烷(SiCl4)+氫(H2); 硅烷(SiH4)+甲烷(CH4) |
CVD
CVD CVD 離子注入CVD |
絕緣膜 | 硅烷(SiH4)+氧(O2)
硅烷(SiH4)+氧(O2)+磷烷(PH3) 硅烷(SiH4)+氧(O2)+磷烷(PH3)+乙硼烷(B2H6) 硅烷(SiH4)+氧化亞氮(N2O)+磷烷(PH3) |
CVD
CVD CVD 離子注入CVD |
導電膜 | 六氟化鎢(WF6)+氫(H2)
六氯化鉬(MoCl6)+氫(H2) |
CVD
CVD |
在半導體器件和集成電路制造中,離子注入工藝所用的氣體統稱為離子注入氣,它是把離子化的雜質(如硼、磷、砷等離子)加速到高能級狀態,然后注入到預定的襯底上。離子注入技術在控制閥值電壓方面應用得最為廣泛。注入的雜質量可以通過測量離子束電流而求得。離子注入氣體通常指磷系、砷系和硼系氣體。部分離子注入用氣體:
氣體種類 | 組分氣含量 | 稀釋氣體 | 壓力(Kpa) |
磷烷(PH3) | 5% | 氫氣(H2) | 27.65 |
15% | 氫氣(H2) | 27.65 | |
砷烷(AsH3) | 5% | 氫氣(H2) | 27.65 |
15% | 氫氣(H2) | 27.65 |
一些電子氣體的純度及應用
產品名稱 | 技術指標 | 主要用途 |
純氬氣 | ≥99.99% | 冶煉、切割、焊接、電子工業 |
工業氧氣 | ≥99.92% | 鋼材焊接、火焰加工 |
工業氨氣 | ≥98.5% | 金屬冶煉、電子工業、石油工業、機械工業 |
純氮氣 | ≥99.99% | 化工、冶金、電子工業作置換器、保護器 |
工業氯氣 | ≥99% | 石油、油脂加氫、人造寶石、石英玻璃制造 |
溶解乙炔 | ≥98% | 切割加工 |
液態二氧化碳 | ≥99.5% | 食品工業 |
焊接用二氧化碳 | ≥99.5% | |
丙烷 | ≥99% | 鋼材切割 |
三、電子氣體及環境保護
電子氣體存在:窒息性、腐蝕性、毒性、易燃易爆性等危險。任何設計上、施工中、日常運行里存在的安全隱患都會對工廠、人員和環境帶來巨大的災難。因此,必須高度重視!
主要措施:電子氣體的工廠排風系統根據危險品性質的不同,分門別類;大面積采用安全輸送系統,避免其體的泄露;氣體政策系統(GDS)是全廠生命安全系統(LSS)的重要組成部分,應具備自檢功能;硅烷輸送系統,特別是BSGS系統,應采用隔離式建筑,氣體房和氣柜應采用自動噴淋系統。
在生產過程中的大量廢棄可以采用傳統的濕法技術,進行初步的無害處理,對于剩余的氣體可以采用:燃燒、裂解等工藝進行深度的解毒處理。
四、電子氣體的應用現狀
電子氣體是超大規模集成電路、平面顯示器件、化合物半導體器件、太陽能電池、光纖等電子工業生產不可缺少的原材料,他們廣泛應用于薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉淀、擴散等工藝。電子氣體在IC、LED太陽能中產生重大影響,被稱為半導體的“糧食”、“血液”。
在目前工藝技術較為先進的超大規模集成電路工廠的芯片制造過程中,全部工藝步驟超過450道,其中大約需要使用50中不同種類的電子氣體。
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NH3 | SiH4 | SF6 | Cl2 |
5%SiH4+N2 | 1%PH3+H2 | NF3 | N2O |
200ppm SiH4+H2 | CF4 | HCl | CO2 |
CHF3 | CH2F2 | C3F6 | C2HF5 |
BCl3 | 純氬氣 | 純氮氣 | 焊接用二氧化碳 |
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為了保護一些不能用水撲救的部位,避免火災損失,在消防中廣泛使用了氣體消防。主要場所有電信機房、廣播電視設備、發電機房、電氣設備房、變壓器、油斷路器、電動機、內燃機、電氣機車、圖書檔案樓、科研實驗樓、貴重儀器設備房、大型船舶、油品廠房等場所。
氣體滅火系統包括鹵代烷(當前改用替代物)、二氧化碳、惰性氣體及煙霧滅火系統。
二、應用范圍
氣體滅火劑可以撲救的火災:
1.可燃氣體火災,如甲烷、乙烯、煤氣、天然氣等。
2.甲、乙、丙類液體火災,如烴類、醇類、有機溶劑類等。
3.可燃固體表面火災。
4.電氣火災。
三、常見的氣體消防系統
1.鹵代烷滅火系統
作為滅火系統的鹵代烷滅火系統,常用的有1211(CF2ClBr,二氟一氯一溴甲烷)、1301(CF3B 三氟一溴甲烷),目前改用FM200、HFC-23;1301與1211的應用范圍和滅火能力基本相同。1211全淹沒系統防護區的環境溫度應在0℃以上,1301全淹沒系統防護區基本上不收低溫限制;此外1211的毒性大于1301;但是1301的價格比1211高。
鹵代烷滅火系統的電絕緣性能好,化學性能穩定、滅火速度快、毒性和腐蝕性小、釋放使用后無遺留的殘渣痕跡或者很少、具有良好的貯存性和滅火效能。但是當前常用替代物,主要有FM200(HFC-227ea)、“取代”(CF3I)和HFC-23。
HFC-227ea:FM-200的分子式為CF3CHFCF3;其滅火設計濃度比1301略高。FM200(HFC-227ea)的產品名稱為七氟丙烷,其毒性很小,不破壞臭氧層,同1301性質相近;最小滅火設計濃度為8.82%,比1301稍高。七氟丙烷價格比1301較高。
CF3I:“取代”屬于FIC類物質,分子式為CF3I。“取代”氣體滅火劑滅火濃度為3.9%,滅火速度快。其ODP=0.008,GWP<5,大氣停留時間<1天。滅火時CF3I會分解形成HF/HI和I2,其鹵化物的酸性質均小于HFC和PFC,但高于1301.在NFPA標準中其代號為13001.
HFC-23:HFC-23的分子結構為CF3H。滅火濃度為14.9%,滅火速度快。其可見毒害作用的濃度值高達50%,設計寬度比為50/14.9=3.356,對人的生命安全性高,性能可靠。
FM200與HFC-23的比較
產品 | 滅火濃度v/v | 設計濃度v/v | NOAEL V/V | LOAEL v/v | 設計寬度比 |
FM200 | 5.8 | 8-10 | 9.0 | 10.5 | 1.25 |
HFC-23 | 13.6 | 14.9 | 50% | 3.36 |
2.二氧化碳滅火系統
屬于液化氣體潔凈滅火設置,對絕大多數物質沒有破壞作用,滅火主要是窒息作用并有少量的冷卻作用。其最小沒活設計濃度為34.0%,早已超過了人的致死濃度(19.2%);氣體用量大、儲存壓力高。
3.SDE滅火系統
滅火劑在滅火裝置內通過控制系統給出的電流/電壓信號激活催化劑從而引發滅火劑進行化學反應,產生大量具有滅火效能的二氧化碳(35%),水蒸氣(39%)、氮氣(25%)和Cr2O3(<1%),噴射到被保護空間(防護區),通過對防護區內氧氣含量的稀釋以及對火場溫度的冷卻和降低輻射熱起到物理稀釋和冷卻作用;同時1%的Cr2O3在火場的高溫作用下與火焰燃燒反應的燃燒鏈作用消耗自由基,起到化學抑制等滅火作用。
4.惰性氣體及煙烙盡滅火系統
氮氣等惰性氣體,能沖淡稀釋燃燒區的氧氣濃度,將空氣中氧氣的濃度降低,并能隔絕燃燒區的空氣,燃燒就不能繼續。滅火為純物理過程。使用的氣體量非常大。
煙烙盡(IG541)為氮氣、氬氣和二氧化碳按52:40:8的比例組成的混合氣體,滅火后不留痕跡,無毒無害。煙烙盡價格高,使用量大,其最小滅火設計濃度為37.5%。煙烙盡為惰性氣體滅火劑,能沖淡燃燒區的氧氣濃度,將空氣中氧氣的濃度由21%降低至12.5%,并能隔絕燃燒區的空氣,燃燒就不能據悉,滅火為純物理過程。
5.氣溶膠
沒火機在滅火容器內進行燃燒反應,產生大量具有滅火效能的氣溶膠微粒(金屬氧化物)以及二氧化碳、水蒸氣、氮氣和部分氮氧化合物、一氧化碳等,由于氣溶膠能夠切斷燃燒反應的燃燒鏈,起到化學滅火的作用,同時也具有部分物理稀釋、冷卻等滅火作用。氣溶膠滅火劑的滅火速度快,但是燃燒反應本身的產物中起主要滅火作用的為金屬氧化,所以滅火后現成有大量的燃燒殘留物,容易與空氣中的水分化合形成具有腐蝕作用的副產物,對被保護設備有一定的傷害作用。
根據我國和國外相關規范,將不同的滅火劑的備用量設置條件列表如下:
類型 | 鹵代烷(1211、1301) | 二氧化碳 | 七氟丙烷 | IG541 |
需設置備用量的組合分配系統防區個數 | 大于8個 | 大于4個 | 大于8個 | 大于8個 |
設置備用量的重點保護對象 | 1、中央級電視發射塔微波爐;2、超過一百萬人口城市的通信機房;3、大型電子計算機房或貴重設備室;4、省級或藏書超過200萬冊圖書館的珍藏室;5、中央及省級的重要文物、資料、檔案庫。 |
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鹵代烷1211 | 二氧化碳 | IG541 |
鹵代烷1301 | 七氟丙烷 | LG100 |
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一、照明用氣體
1、氬(Ar)是首先被用來充入白熾燈內作為填充氣體的,由于抑制了鎢的蒸發,同時降低鎢絲的氧化,可使燈絲工作的溫度提高,從而獲得比真空泡更高的發光效率和壽命。
2、氖(Ne)?充入氖氣的燈會射出紅光,除作為儀表盤指示燈的填充氣體外,在空氣里透射力很強,可以穿過濃霧。因此,氖燈也常用在機場、港口、水陸交通線的燈標上。氖還用于充填螢光燈、水銀燈、鈉蒸氣燈及電壓保護裝置的燈泡等。近年來,氖還被用于研究基本粒子軌跡的火花室中作充填介質。
3、氪氣(Kr)比氬氣有更高的密度和低的導熱系數,因此將氪、氙氣體充入白熾燈內有更好的效果。氪氙混合氣充填電子管和燈泡,比相同功率的氬氣燈泡省電20~25%,壽命可延長2~3倍,發光率可以提高,而體積可大大縮小。當然,考慮到成本,氙氣還是用得很少,氪氣則已被大量用在高光效,高質量的鹵鎢燈中。氪氣可充填高級電子管,實驗室用的連續紫外光燈。測量宇宙輻射時用氪來充填游離室,還可以用于制成不需要電能的原子燈,與氘氣制成的氘燈類似,可以在一些特殊工作場所,例如礦井內的使用,避免瓦斯接觸電源而容易發生爆炸坍塌。氪燈的透射率特別高,因而可用于夜戰中越野戰車上的燈光。
4、氙氣(Xe)原子量比氪氣更大,氙氣除了作為高光效鹵素燈填充氣體外,還可以用作高壓鈉燈、HID汽車氙燈、電影放映燈、半導體光刻泵浦氙燈,電子閃光燈。氙燈還具有高度的紫外光輻射,可用于醫療技術方面。
所有類型的氣體放電燈,都要充入各種稀有氣體。在熒光燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈中,除汞以外,都還要充入一定的氬氣或氪氣,利用“潘寧效應”幫助燈啟動,使燈在合適的電壓下工作以及抑制電子粉的蒸發和減少汞離子對陰極的轟擊濺射。在冷陰極發光信號燈和霓虹燈中,充入氬、氖、氦等氣體,采用透明的玻璃管就能產生相應氣體輻射的各種彩色光譜來。輝光放電是低氣壓下的氣體放電。放電管中的殘余正離子在極間電場的作用下被加速,于是得到足夠的動能撞擊陰極而產生二次電子,經簇射過程產生更多的帶電粒子,使得氣體導電。因此放電管兩極間所需電壓較高,一般都在10千伏以上,但輝光放電的電流很小,溫度不高。利用各種惰性氣體或者混合氣體放電發光,可以制成各種光譜的霓虹燈。
同時,氦、氖、氬、氪、氙也是深紫外準分子激光的重要激發源。
二、稀有氣體在電光源中的應用
稀有氣體 | 主要用途 |
Ar | 1、用作白熾燈的填充氣體,以抑制熾熱鎢絲的揮發,延長燈的壽命;2、填充在熒光燈中,幫助啟動,保護電極免受汞離子的沖擊,同時延緩陰極上金屬的蒸發;3、充入冷陰極放電管中,可獲得淡藍色的發光;4、在高壓汞燈和金屬鹵化物燈中起啟動和緩沖作用;5、在微波激發下發射真空紫外譜線(104.8nm和106.7nm),用作光化學反應源。 |
Ne | 1、與Ar混合組成潘寧氣體,充填在熒光燈中,可降低燈的啟動電壓;2、充于冷陰極放電管中,可獲得橙紅色的發光,用作指示燈;3、在微波激發下,發射單色的真空紫外譜線(74.4nm和73.6nm)。 |
Xe | 1、充入HID氙燈中,在啟動后立即獲得全部光輸出的80%,放電時發射白光,色溫5500K;2、可制成鹵素混合氣體填充鹵素燈;3、在微波激發下,發射單色的真空紫外譜線(14.7nm)。 |
Kr | 1、與Ar混合,充填在熒光燈中,可提高光效,但啟動困難;2、可制成鹵素混合氣體填充鹵素燈;3、氪85同位素氣體可填充入金屬鹵化物燈,幫助啟動;4、在微波激發下,發射單色的真空紫外譜線(123.6nm和116.5nm)。 |
He | 1、與其它惰性氣體混合用于大功率熒光燈中;2、在微波激發下,發射單色的真空紫外譜線(58.4nm)。 |
用氙氣做成氙燈,則能發出近似日光的密集光譜用于放映和照明。稀有氣體除作為燈內的工作物質外,氬氣也常作為電光源生產工藝中的保護氣體使用。
三、冷陰極放電管中各種稀有氣體在放電時呈現的顏色
發光管顏色 | 氣體或混合氣體 | 充氣壓力(kPa) | 水銀 | 玻璃顏色 |
深?紅 | Ne | 0.8~1.6 | 無 | 軟?紅 |
紅 | Ne | 0.8~1.6 | 無 | 無色 |
橙紅 | Ne | 0.8~1.6 | 無 | 軟黃 |
金黃 | He或He-Ar | 0.4~0.8 | 無 | 軟黃 |
亮黃 | Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar | 0.8~1.6 | 無 | 軟黃 |
中綠 | Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar | 0.8~1.6 | 有 | 白 |
暗綠 | Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar | 0.8~1.6 | 有 | 軟黃 |
藍 | Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar | 0.8~1.6 | 有 | 無色 |
中藍 | Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar | 0.8~1.6 | 有 | 軟藍 |
淡藍 | Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar | 0.8~1.6 | 有 | 暗紫 |
紫 | Ne-Ar | 0.8~1.6 | 無 | 無色 |
紫紅 | Ne | 0.8~1.6 | 無 | 暗紫 |
白色(帶黃) | He | 0.4~0.8 | 無 | 乳白或無色 |
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稀有氣體 | 氦(He) | 氖(Ne) |
氬(Ar) | 氪(Kr) | 氙(Xe) |
1.焊接用氣體的分類
焊接用氣體主要是指氣體保護焊(二氧化碳氣體保護焊、惰性氣體保護焊)中所用的保護性氣體和氣焊、切割時用的氣體,包括二氧化碳(CO2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)、氧氣(O2)、可燃氣體、混合氣體等。焊接時保護氣體既是焊接區域的保護介質,也是產生電弧的氣體介質;氣焊和切割主要是依靠氣體燃燒時產生的熱量集中的高溫火焰完成,因此氣體的特性(如物理特性和化學特性等)不僅影響保護效果,也影響到電弧的引燃及焊接、切割過程的穩定性。
焊接用氣體主要是指焊接或切割時所使用的各種氣體。根據氣體在工作過程中作用,焊接用氣體可分為保護氣體和氣焊、切割用氣體兩大類。
(1)保護氣體:保護氣體是指氣體保護焊時所用的起保護作用的氣體,主要包括二氧化碳(CO2),氬氣(Ar),氦氣(He),氧氣(O2)、氮氣(N2)、氫氣(H2)及其混合氣體(如Ar+He、Ar+CO2、Ar+CO2+O2等)。國際焊接學會指出,保護氣體統一按氧化勢進行分類:即惰性氣體或還原性氣體(i類)、弱氧化性氣體(m1類)、中等氧化性氣體(m2類)、強氧化性氣體(m3和c類)。
(2)氣焊、切割用氣體:根據氣體的性質,氣焊、切割用氣體又可分為助燃氣體(O2)和可燃氣體兩類。可然氣體與氧氣混合燃燒時,放出大量的熱,形成熱量集中的高溫火焰,可將金屬加熱熔化。氣焊、切割時常用的可然氣體主要是乙炔(C2H2),其他推廣使用的可燃氣體還有丙烷(C3H8 )、丙烯(C3H6)、天然氣(以甲烷CH4為主)、液化石油氣(以丙烷為主)等。
2.焊接用氣體的特性
不同焊接或切割過程中氣體的作用也有所不同,并且氣體的選擇還與被焊材料有關,這就需要在不同的場合選用具有某一特定物理或化學性能的氣體甚至多種氣體的混合。焊接和切割中常用氣體的主要性質和用途見表1,不同氣體在焊接過程中的特性見表2。
表1 ?焊接常用氣體的主要特征和用途
氣體 | 符號 | 主??要??性??質 | 在焊接中的應用 |
二氧化碳 | CO2 | ??化學性質穩定,不燃燒、不助燃,在高溫時能分解為CO和O,對金屬有一定氧化性。能液化,液態CO2蒸發時吸收大量熱,能凝固成固態二氧化碳,俗稱干冰 | ??焊接時配用焊絲可用為保護氣體,如CO2氣體保護焊和CO2+O2、CO2+Ar等混合氣體保護焊 |
氬氣 | Ar | ??惰性氣體,化學性質不活潑,常溫和高溫下不與其他元素起化學作用 | ??在氬弧焊、等離子焊接及切割時作為保護氣體,起機械保護作用 |
氧氣 | O2 | ??無色氣體,助燃,在高溫下很活潑,與多種元素直接化合。焊接時,氧進入熔池會氧化金屬元素,起有害作用 | ??與可燃氣體混合燃燒,可獲得極高的溫度,用于焊接和切割,如氧-乙炔火焰、氫-氧焰。與氬、二氧化碳等按比例混合,可進行混合氣體保護焊 |
乙炔 | C2H2 | ??俗稱電石氣,少溶于水,能溶于酒精,大量溶于丙酮,與空氣和氧混合形成爆炸性混合氣體,在氧氣中燃燒發出3500℃高溫和強光 | ??用于氧-乙炔火焰焊接和切割 |
氫氣 | H2 | ??能燃燒,常溫時不活潑,高溫時非常活潑,可作為金屬礦和金屬氧化物的還原劑。焊接時能大量熔于液態金屬,冷卻時析出,易形成氣孔 | ??焊接時作為還原性保護氣體。與氧混合燃燒,可作為氣焊的熱源 |
氮氣 | N2 | ??化學性質不活潑,高溫時能與氫氧直接化合。焊接時進入熔池起有害作用。與銅基本上不反應,可作保護氣體 | ??氮弧焊時,用氮作為保護氣體,可焊接銅和不銹鋼。氮也常用于等離子弧切割,作為外層保護氣 |
表2 不同氣體在焊接過程中的特性
氣體 | 純度 | 弧柱電位梯度 | 電弧穩定性 | 金屬過渡特性 | 化學性能 | 焊縫熔深形狀 | 加熱特性 |
CO2 | 99.90% | 高 | 滿意 | 滿意,但有些飛濺 | 強氧化性 | 扁平形、熔深較大 | - |
Ar | 99.995% | 低 | 好 | 滿意 | - | 蘑菇形 | - |
He | 99.99% | 高 | 滿意 | 滿意 | - | 扁平形 | 對焊件熱輸入比純Ar高 |
N2 | 99.90% | 高 | 差 | 差 | 在鋼中產生氣孔和氮化物 | 扁平形 | - |
3. 焊接用氣體的選用
CO2氣體保護焊、惰性氣體保護焊、混合氣體保護焊、等離子弧焊、保護氣氛中的釬焊以及氧-乙炔氣焊、切割等都要使用相應的氣體。焊接用氣體的選擇主要取決于焊接、切割方法,除此之外,還與被焊金屬的性質、焊接接頭質量要求、焊件厚度和焊接位置及工藝方法等因素有關。
3.1? 根據焊接方法選用氣體
根據在施焊過程所采用的焊接方法不同,焊接、切割或氣體保護焊用的氣體也不相同,焊接方法與焊接用氣體的選用見表3。保護氣氛中釬焊常用氣體的選用見表4。各種氣體在等離子弧切割中的適用性見表5。
表3 ? 焊接方法與焊接用氣體的選用
焊??接??方??法 | 焊??接??氣??體 | |||||
氣焊 | C2H2+O2 | H2 | ||||
氣割 | C2H2+O2 | 液化石油氣+O2 | 煤氣+O2 | 天然氣+O2 | ||
等離子弧切割 | 空氣 | N2 | Ar+N2 | Ar+H2 | N2+H2 | |
鎢極惰性氣體保護焊(TIG) | Ar | He | Ar+He | |||
實芯焊絲 | 熔化極惰性氣體保護焊(MIG) | Ar | He | Ar+He | ||
熔化極活性氣體保護焊(MAG) | Ar+O2 | Ar+CO2 | Ar+CO2+O2 | |||
CO2氣體保護焊 | CO2 | CO2+O2 | ||||
藥芯焊絲 | CO2 | Ar+O2 | Ar+CO2 |
表4 ?保護氣氛中釬焊常用氣體的選擇
氣???體 | 性???質 | 化學成分及純度要求 | 用???途 |
氬氣 | 惰性 | 氬>99.99% | 合金鋼、熱強合金、銅及銅合金 |
氫氣 | 還原性 | 氫100% | 合金鋼、熱強合金及無氧銅 |
分解氨 | 還原性 | 氫75%,氮25% | 碳鋼、低合金鋼及無氫銅 |
非充分壓縮的分解氨 | 還原性 | 氫7%~20%,其余氮 | 低碳鋼 |
氮氣 | 相對于銅是惰性 | 氮100% | 銅及銅合金 |
表5 各種氣體在等離子弧切割中的適用性
氣?????體 | 主??要??用??途 | 備?????注 | |
Ar,Ar+H2,Ar+N2,Ar+H2+N2 | 切割不銹鋼、有色金屬或合金 | Ar僅用于切割較薄金屬 | |
N2,N2+H2 | N2作為水再壓縮等離子弧的工作氣體,也可用于切割碳素鋼 | ||
O2,空氣 | 切割碳素鋼和低合金鋼,也用于切割不銹鋼和鋁 | 重要的鋁合金結構件一般不用 |
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二氧化碳 | 分解氨 | Ar+CO2 |
氮氣 | C2H2+O2 | CO2+O2 |
氬氣 | 液化石油氣+O2 | Ar+O2 |
氧氣 | Ar+N2 | Ar+H2+N2 |
乙炔 | N2+H2 | 焊接混合氣 |
氫氣 | Ar+H2 | Ar+He |
醫用氣體是指醫療方面使用的氣體。有的直接用于治療;有的用于麻醉;有的用來驅動醫療設備和工具;有的用于醫學試驗和細菌、胚胎培養等。常用的有氧氣、氧化二氮、二氧化碳、氬氣、氦氣、氮氣和壓縮空氣 。
二、醫用氣體的用途
2.1氧氣(Oxygen):氧氣的分子式為O2醫療上用來給缺氧病人補充氧氣。直接吸入高純氧對人體有害,長期使用的氧氣濃度一般不超過30~40%。普通病人通過濕化瓶吸氧;危重病人通過呼吸機吸氧。
2.2一氧化二氮(Nitrous oxide):一氧化二氮分子式為N2O。醫療上用笑氣和氧氣的混合氣(混合比為:65% N2O + 35% O2)作麻醉劑,通過封閉方式或呼吸機給病人吸入。麻醉時要用準確的氧氣、笑氣流量計來監控兩者的混合比,防止病人窒息。停吸時,必須給病人吸氧10多分鐘,以防缺氧。用笑氣作麻醉劑具有誘導期短、鎮痛效果好、蘇醒快、對呼吸和肝、腎功能無不良影響的優點。但它對心肌略有抑制作用,肌松不完全,全麻效能弱。單用笑氣作麻醉劑,僅適用于拔牙、骨折整復、膿腫切開、外科縫合、人工流產、無痛分娩等小手術。
2.3二氧化碳(Carbon dioxide):二氧化碳分子式為CO2,俗稱碳酸氣。醫療上二氧化碳用于腹腔和結腸充氣,以便進行腹腔鏡檢查和纖維結腸鏡檢查。此外,它還用于試驗室培養細菌(厭氧菌)。高壓二氧化碳還可用于冷凍療法,用來治療白內障、血管病等。
2.4氬氣(Argon):氬氣分子式為Ar。醫療上常用于高頻氬氣刀等手術器械。
2.5氦氣(helium):氦氣分子式為He。醫療上常用于高頻氦氣刀等手術器械。
2.6氮氣(nitrogen):氮氣的分子式為N2。醫療上用來驅動醫療設備和工具。液氮常用于外科、口腔科、婦科、眼科的冷凍療法,治療血管瘤、皮膚癌、痤瘡、痔瘡、直腸癌、各種息肉、白內障、青光眼以及人工受精等。
2.7 壓縮空氣(air):壓縮空氣用于為口腔手術器械、骨科器械、呼吸機等傳遞動力。
除以上7種常用氣體外,還有一些特殊用途的醫用氣體:
三、醫院中使用醫用氣體的部門
醫院中使用醫用氣體的部門主要有手術室、預麻室、恢復室、清創室、婦產科病房、ICU病房以及普通病房等。這些用氣單元經常使用的氣體有:
氣體系統 | 氧氣 | 壓縮空氣 | 吸引 | 笑氣 | 二氧化碳 | 氬氣 | 氮氣 | 廢氣排放 |
普通病房 | √ | √ | ||||||
重癥監護病房 | √ | √ | √ | |||||
普通手術室 | √ | √ | √ | √ | √ | |||
腹腔手術室 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||
胸腦手術室 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | |
高壓氧氣倉 | √ | √ | ||||||
口腔科診室 | √ | √ |
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氧氣 | 一氧化二氮 | 二氧化碳 |
氬氣 | 壓縮空氣 | 醫用疝氣 |
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