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技術專文

Fab5因應特氣VMB調壓閥更換有上述風險，除了在加裝 ③ 降低鋼瓶或管路閥件的更換頻率，降低暴露於大氣的機會
抽氣的cover內作業外，且引進混合氣purge，避免更換管路內 ④ 操作時增加N 2 Purge次數，同時N 2 前加裝purifier降低水分
殘留氣體逸散至環境外，更能降低cover內空氣含水量抑制腐 含量
蝕性化合物生成。 ⑤ 提升供應溫度，降低氣體的黏滯性

2.2 氯氣特性
2. 文獻探討
本研究中，選擇氯氣作為實驗對象，因其在半導體業中
2.1 腐蝕性氣體特性
使用廣泛外，且對氯氣性質的相關研究完整。在室溫中，氯氣
特殊氣體當中的腐蝕性氣體在純氣的狀態下是不具直接 為一種氧化性氣體且可迅速溶於水中並水解產生次氯酸(HOCl)
腐蝕性，如含鹵素族的腐蝕性氣體以式1為例，其與水氣接觸 及鹽酸(HCl)，其正逆反應式如式2、式3。 [04]
反應後會解離產生腐蝕性產物，然而目前針對臨界水氣含量的
相關文獻仍為數不多。 (2)

-1
(1) 其中，k1=61.7s @37℃。

其中，X=halogen element。 (3)
腐蝕性氣體所造成的腐蝕作用於一般操作條件中雖為一
-2 -1
-2
個緩慢進程，但長期仍會造成管路閥件的表面缺陷及汙染， 其中，k-1=3.46*10 M s @37℃。
其中尤以焊道處及受熱區域特別容易腐蝕。圖1說明HBr氣體 在不考慮化學反應的情形下，氣體溶於水中的速率是由
含水量在0.5、10、100ppm時，HBr對不鏽鋼材料的腐蝕情 氣液介面間的擴散、質量適應(mass accommodation)及根據
形，說明含水量在10ppm以上時開始腐蝕不銹鋼材料，在大 水中飽和度而定。在考慮氯氣由氣相中溶於一半無限(semi-
於100ppm後腐蝕速率明顯增快。 [01] infinite)的液相中且不產生化學反應，則其在時間t內的溶解量
可由式4表示 : [05]

(4)

其中，J=flux of molecules from the gas phase to the
liquid phase；n g =density of trace gas；R=gas constant(0.082
3
-1
-1
dm atmK mol )；D 1 =liquid-phase diffusion coefficient of
2 -1
-1
the trace gas(cm s )；H=Henry's law coefficient(Matm )；
T=temperature(K)。
但實際上，由於氯氣溶於水中後會迅速再水解並抵銷飽
和效應，Dankwerts提出以enhancement factor(E)來闡述在有
化學反應下的溶解量及單純考慮亨利定律下的溶解量的比例，
圖1、不鏽鋼材料在不同含水量HBr曝露情況下的表面含Br量 其可以用式5表示 : [06]

另腐蝕性氣體常有黏滯性高的特點，因此需要以N 2 purge (5)
來減少該類腐蝕性氣體的化合物殘留於管路。但一般purge用
N 2 氣體多為常溫20~25℃，對於HBr、HCl、Cl 2 等黏滯性較高
的氣體的purge效果較差，而造成殘存液滴與水氣反應。 對氯氣而言，其溶於水中及後續相關水解反應如下式 : [05]
目前針對該如何有效控制腐蝕性氣體的運輸，為當前操
作腐蝕性氣體元件的重要課題，主要解決方法如下 : [02][03] (6)
(7)
① 使用抗腐蝕性強的物質如Hastelloy閥
(8)
② 使用表面拋光處理良好，粗糙度低的管件，降低表面黏滯
(9)
的風險
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