一種具有廢氣吸收功能的反應裝置及其使用方法、應用
【專利摘要】本發明涉及薄膜分離技術領域，尤其是涉及一種濕法腐蝕用裝置，具體公開了一種具有廢氣吸收功能的反應裝置及其使用方法、應用，該裝置包括反應容器和廢氣處理裝置，所述廢氣處理裝置所述廢氣處理裝置包括吸收物料容器和封閉罩，所述反應容器位于吸收物料容器內，所述反應容器與吸收物料容器之間設有封閉罩，所述反應容器封閉在所述封閉罩內，所述封閉罩的下部設有通孔，所述通孔使得吸收物料容器內的廢氣吸收物料在封閉罩內外的兩部分連通。應用本發明裝置能夠將化學反應過程中產生的有害氣體充分吸收，防止對人員和環境造成危害，具有裝置結構簡單、操作方便、成本低的優點，尤其適用于硅的強酸腐蝕。
【專利說明】
一種具有廢氣吸收功能的反應裝置及其使用方法、應用
技術領域
[0001 ]本發明涉及薄膜分離技術領域，尤其是涉及一種濕法腐蝕用裝置。
【背景技術】
[0002]化學氣相沉積法制備的自支撐金剛石膜具有優異的物理化學性能，在各領域中具有重要的應用價值。由于單晶硅的晶體結構和晶格常數與金剛石相似，所以化學氣相沉積法制備高質量金剛石膜時多以單晶硅作為襯底。
[0003]金剛石膜在硅襯底上沉積完成后，需要用濃氫氟酸和濃硝酸的混合溶液將硅襯底腐蝕掉，以獲取完整的自支撐金剛石膜，其反應的化學方程式為
3Si+18HF+4HN03=3H2SiF6+4N0T+8H20
其中，HF為具有揮發性的強腐蝕性液體，有劇烈刺激性氣味，對衣物、皮膚、眼睛、呼吸道、消化道粘膜均有刺激。而HNO3易揮發，在空氣中產生白霧(是硝酸蒸汽與水蒸汽結合而形成的硝酸小液滴)，露光能產生二氧化氮而變成棕色，具有強酸性，對呼吸系統有窒息性刺激氣味。
[0004]此反應進行時非常劇烈，反應生成的一氧化氮遇空氣生成黃棕色酸霧，與揮發的HF酸、硝酸一起彌漫到空氣中，對實驗人員和周圍環境造成極大危害。因此必須設計相應裝置對實驗中揮發和產生的酸性氣體進行處理，以保護實驗人員和周圍環境的安全。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種具有廢氣吸收功能的反應裝置及其使用方法，能夠將化學反應過程中產生的有害氣體充分吸收，防止對人員和環境造成危害，具有裝置結構簡單、操作方便、成本低的優點，尤其適用于快速產生大量有害氣體的化學反應過程。
[0006]本發明要解決的另一技術問題是提供該具有廢氣吸收功能的反應裝置在薄膜與其硅襯底分離上的應用，對于濕法腐蝕硅襯底從而分離得到位于其上的薄膜，應用本裝置能夠將強酸與硅的劇烈反應與操作人員隔離，同時有效吸收反應過程產生的酸性和毒性氣體，防止對人員和環境造成危害，具有操作簡單、成本低的優點。
[0007]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，包括反應容器和廢氣處理裝置，所述廢氣處理裝置包括吸收物料容器和封閉罩，所述反應容器位于吸收物料容器內，所述反應容器與吸收物料容器之間設有封閉罩，所述反應容器封閉在所述封閉罩內，所述封閉罩的下部設有通孔，所述通孔使得吸收物料容器內的廢氣吸收物料在封閉罩內外的兩部分連通。
[0008]所述反應容器和吸收物料容器為敞口容器。
[0009]作為優選，所述廢氣吸收物料為液體。
[0010]所述反應容器的底面高于所述吸收物料容器的底面，所述反應容器側壁下部設有第一閥門，能夠使反應容器內的反應液流入所述吸收物料容器內，所述吸收物料容器側壁下部設有第二閥門，能夠使吸收物料容器內的液體流出。
[0011 ]所述吸收物料容器上設有與其外部連通的單向閥，外部空氣能夠通過所述單向閥通入封閉罩內的吸收液中。
[0012]所述封閉罩上設有排氣閥。
[0013]作為優選，所述反應容器和吸收物料容器均為槽體結構，分別稱為反應槽和吸收槽，所述封閉罩包括一級密封蓋，所述一級密封蓋為帶有環形壁的蓋體，所述環形壁上設有均勻分布的多個通孔，所述一級密封蓋通過其環形壁立于吸收槽內，將反應槽封閉于其中，所述一級密封蓋與反應槽之間留有空隙;所述蓋體上設有排氣閥。
[0014]進一步地，所述封閉罩還包括二級密封蓋，所述二級密封蓋為帶有環形壁的蓋體，所述二級密封蓋大于一級密封蓋，所述二級密封蓋通過其環形壁立于吸收槽內，將一級密封蓋封閉于其中。
[0015]進一步地，所述二級密封蓋設有通孔，所述通孔使吸收槽內位于二級密封蓋內外的廢氣吸收物料連通;所述二級密封蓋上還設有排氣閥。
[0016]更進一步地，所述封閉罩還包括多個大小不一的密封蓋，由小到大，較小密封蓋依次由較大密封蓋封閉，各密封蓋上均設有通孔，所述通孔使吸收槽位于該通孔所屬密封蓋內外的兩部分連通;各密封蓋上均設有排氣閥。
[0017]進一步地，所述吸收槽底面中部設有中空凸臺，為支撐臺，用于承載所述反應槽，所述凸臺的臺壁上設有單向閥，外部氣體能夠通過所述單向閥通入所述吸收槽內。
[0018]如前所述具有廢氣吸收功能的反應裝置的使用方法，包括:反應容器內置入反應物料，吸收物料容器內置入廢氣吸收物料，再將封閉罩置入吸收物料容器內，使反應容器被封閉在封閉罩內，反應容器內的反應物料與所述吸收物料容器位于封閉罩內的廢氣吸收物料通過氣道連通，吸收物料容器內的廢氣吸收物料在封閉罩內外的兩部分通過封閉罩上的通孔連通;待反應完成，移去封閉罩。
[0019]如前所述具有廢氣吸收功能的反應裝置在薄膜與其硅襯底分離上的應用。
[0020]薄膜與其硅襯底采用濕法腐蝕硅襯底實現薄膜分離，濕法腐蝕采用強酸，在反應容器內反應，該反應時間長，反應劇烈，產生大量廢氣，往往具有強毒性和強酸性，采用堿性溶液作為廢氣的吸收液，置于吸收槽中，或者同時向堿性溶液中通入空氣促進廢氣吸收，用封閉罩封閉反應容器于吸收物料容器中，硅腐蝕反應和廢氣吸收同時進行，待腐蝕完畢并廢氣吸收完畢，移去封閉罩，排出反應液，取出薄膜。
[0021]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本發明反應裝置具有結構簡單，操作方便，成本低的優點，兩個或更多密封蓋能夠實現對廢氣的多級吸收，廢氣吸收效率更高，安全性更高，能夠將反應過程中產生的廢氣充分吸收;本發明反應裝置將廢氣吸收和預定反應同時進行，能夠及時將產生的廢氣吸收，有助于預定反應的正向進行，提高反應效率，縮短反應時間；本發明反應裝置通過封閉空間內氣道和通孔的設置，能夠有效利用廢氣產生的氣壓，推動氣液流動，促進氣液物料交換，能夠有效提高廢氣的吸收效率。
[0022]本發明該反應裝置在薄膜與其硅襯底分離上的應用，用于濕法腐蝕硅襯底從而分離得到位于其上的薄膜，應用本發明反應裝置能夠將強酸與硅的劇烈反應與操作人員隔離，同時有效吸收反應過程產生的酸性和毒性氣體，防止對人員和環境造成危害。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明一種實施例的結構示意圖。
[0024]其中，1、反應槽，2、吸收槽，3、一級密封蓋，4、二級密封蓋，5、支撐臺，6、待腐蝕硅襯底，7、薄膜，8、混合酸溶液，9、堿性溶液，10、通孔，11、排氣閥，12、單向閥，13、第一閥門，14、第二閥門。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，包括反應容器和廢氣處理裝置，廢氣處理裝置包括吸收物料容器和封閉罩，反應容器和吸收物料容器均為槽體結構，分別稱為反應槽I和吸收槽2，封閉罩包括一級密封蓋3，一級密封蓋3為帶有環形壁的蓋體，環形壁上設有均勻分布的多個通孔10，反應槽I位于吸收槽2內，一級密封蓋3通過其環形壁立于吸收槽2內，將反應槽I封閉于其中，一級密封蓋3與反應槽I之間留有空隙，作為氣道，使得反應槽I中產生的廢氣能夠通過該空隙擴散至吸收槽2;環形壁上的通孔10使得吸收槽2在一級密封蓋3內外的兩部分連通，一級密封蓋3兩側的廢氣吸收物料通過通孔10連通。
[0026]該反應裝置的使用方法:反應槽I中置入反應物料，發生產生廢氣的化學反應，吸收槽2內用于放置具有吸收廢氣功能的吸收劑，吸收劑可以為液體、固體或其混合物。將一級密封蓋3置入吸收槽2內并罩在反應槽I上，使反應槽I被封閉在一級密封蓋3內，反應槽I中產生的廢氣通過反應槽I與一級密封蓋3之間的空隙氣道擴散至吸收槽2，由吸收劑吸收。吸收槽2內在一級密封蓋3通孔10的兩側均填充或浸滿吸收劑，部分廢氣通過通孔10后仍繼續由吸收劑吸收，使的廢氣大部分或全部被吸收，不擴散至外部環境。待反應完成，移去封閉罩。
[0027]優選吸收劑為液體，液體吸收劑液面高于一級密封蓋3環形壁的通孔10，實現液封，密封性能更好，廢氣不能直接逸出封閉罩。
[0028]更進一步的優化，在一級密封蓋3蓋體上設有排氣閥11，避免由于封閉空間內處于負壓一級密封蓋3不易取出，同時能夠起到安全作用，防止封閉空間內壓力過大。
[0029]實施例2
一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，包括實施例1的全部技術特征，還包括，吸收槽2底面中部設有中空凸臺，為支撐臺5，用于承載反應槽I，凸臺的臺壁上設有單向閥12，外部氣體能夠通過單向閥12通入吸收槽2內。
[0030]廢氣回收過程中，通過單向閥12將外部空氣通入封閉空間內，能夠利用空氣氧化廢氣中的還原性氣體，同時有助于氣液充分接觸，提高反應效率，反應完畢，繼續通入空氣將封閉空間內頂部的殘余廢氣帶出，由吸收劑吸收，保證廢氣處理完全。
[0031]反應槽I側壁下部設有第一閥門13，吸收槽2側壁下部設有第二閥門14。對于產生廢氣的液液或液固化學反應，且不需要保留反應液的，反應完成后打開第一閥門13，使反應槽I中的反應液由其自身重力推動向位于低位的吸收槽2中流動，利用吸收槽2中的吸收劑將反應液進行處理，比如酸堿中和、氧化還原等，使反應液得到預處理，便于回收或降低其危害性。吸收劑對反應液充分處理后，打開第二閥門14，將吸收槽2和反應槽I中的液體全部流出。
[0032]實施例3
一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，見圖1，包括實施例2的全部技術特征，還包括，封閉罩還包括二級密封蓋4，二級密封蓋4為帶有環形壁的蓋體，二級密封蓋4大于一級密封蓋3，二級密封蓋4通過其環形壁立于吸收槽2內，將一級密封蓋3封閉于其中。二級密封蓋4用于防止封閉空間內氣壓過大，導致氣體快速從通孔10進入一級密封蓋3之外，氣體流速過快而不能被吸收劑完全吸收，逸出到外部環境。
[0033]更進一步地優化，二級密封蓋4設有通孔10，通孔10使吸收槽2位于二級密封蓋4內外的兩部分連通;二級密封蓋4上還設有排氣閥U。吸收槽2內在二級密封蓋4通孔10的兩側均填充或浸滿吸收劑，部分廢氣通過通孔10后仍繼續由吸收劑吸收，使的廢氣大部分或全部被吸收，不擴散至外部環境。一級密封蓋3和二級密封蓋4通孔10的設置，使得廢氣經過多級吸收，增加廢氣在吸收劑中的移動路徑，保證廢氣吸收完全。
[0034]據此，本發明封閉罩在不同的實施例中可以為包括多個大小不一的密封蓋，由小到大，較小密封蓋依次由較大密封蓋封閉，各密封蓋上均設有通孔10，通孔10使吸收槽2位于該通孔10所屬密封蓋內外的兩部分連通;各密封蓋上均設有排氣閥U。密封蓋的具體個數設置由實際需要確定，目的在于保證廢氣吸收完全。
[0035]如實施例3具有廢氣吸收功能的反應裝置在金剛石薄膜與其硅襯底分離上的應用。
[0036]在反應槽I中放入沉積有金剛石薄膜7的單晶硅片6，在反應槽I中放入適量氫氟酸和硝酸的混合酸溶液8，在吸收槽2中放入適量的氫氧化鈉溶液。將一級密封蓋3上部的排氣閥11打開，再將其放入吸收槽2中罩在反應槽I上，并關閉排氣閥11;將二級密封蓋4上部的排氣閥11打開，再將其放入吸收槽2中罩在一級密封蓋3上并關閉排氣閥11。娃襯底6腐蝕過程中通過反應槽I支撐臺5下部的單向閥12向吸收槽2中通入適量空氣，用于氧化反應生成的NO氣體，并將反應完成后密封蓋內殘存的尾氣帶入堿性溶液9中并排出。腐蝕完成后，打開各級密封蓋上的排氣閥11并將其依次取出，再打開反應槽I側面底部的第一閥門13，使廢酸溶液與堿性溶液9混合中和，最后打開吸收槽2側面底部的第二閥門14，將酸堿中和后的混合溶液排出。待反應槽I內液體排空后，取出已去除單晶硅襯底的自支撐金剛石薄膜7。
[0037]以上對本發明進行了詳細介紹，本發明中應用具體個例對本發明的實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明，應當指出，對于本技術領域的技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可對本發明進行若干改進，這些改進也落入本發明權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，包括反應容器和廢氣處理裝置，其特征在于:所述廢氣處理裝置包括吸收物料容器和封閉罩，所述反應容器位于吸收物料容器內，所述反應容器與吸收物料容器之間設有封閉罩，所述反應容器封閉在所述封閉罩內，所述封閉罩的下部設有通孔(10)，所述通孔(10)使得吸收物料容器內的廢氣吸收物料在封閉罩內外的兩部分連通。2.根據權利要求1所述的一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，其特征在于所述廢氣吸收物料為液體。3.根據權利要求2所述的一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，其特征在于，所述反應容器的底面高于所述吸收物料容器的底面，所述反應容器側壁下部設有第一閥門(13)，能夠使反應容器內的液體流入所述吸收物料容器內，所述吸收物料容器側壁下部設有第二閥門(14)，能夠使吸收物料容器內的液體流出。4.根據權利要求1所述的一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，其特征在于所述吸收物料容器上設有與其外部連通的單向閥(12)，外部空氣能夠通過所述單向閥(12)通入封閉罩內的吸收液中；所述封閉罩上設有排氣閥(11)。5.根據權利要求1所述的一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，其特征在于所述反應容器和吸收物料容器均為槽體結構，分別稱為反應槽(I)和吸收槽(2)，所述封閉罩包括一級密封蓋(3)，所述一級密封蓋(3)為帶有環形壁的蓋體，所述環形壁上設有均勻分布的多個通孔(10)，所述一級密封蓋(3)通過其環形壁立于吸收槽(2)內，將反應槽(I)封閉于其中，所述一級密封蓋(3)與反應槽(I)之間留有空隙。6.根據權利要求5所述的一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，其特征在于所述封閉罩還包括二級密封蓋(4)，所述二級密封蓋(4)為帶有環形壁的蓋體，所述二級密封蓋(4)大于一級密封蓋(3)，所述二級密封蓋(4)通過其環形壁立于吸收槽(2)內，將一級密封蓋(3)封閉于其中。7.根據權利要求6所述的一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，其特征在于所述二級密封蓋(4)設有通孔(10)，所述通孔(10)使吸收槽(2)內位于二級密封蓋(4)內外的廢氣吸收物料連通;所述二級密封蓋(4)上還設有排氣閥(11)。8.根據權利要求5所述的一種具有廢氣吸收功能的反應裝置，其特征在于所述吸收槽(2)底面中部設有中空凸臺，為支撐臺(5)，用于承載所述反應槽(I)，所述凸臺的臺壁上設有單向閥(12)，外部氣體能夠通過所述單向閥(12)通入所述吸收槽(2)內。9.如權利要求1所述一種具有廢氣吸收功能的反應裝置的使用方法，其特征在于，包括:反應容器內置入反應物料，吸收物料容器內置入廢氣吸收物料，再將封閉罩置入吸收物料容器內，使反應容器被封閉在封閉罩內，反應容器內的反應物料與所述吸收物料容器位于封閉罩內的廢氣吸收物料通過氣道連通，吸收物料容器內的廢氣吸收物料在封閉罩內外的兩部分通過封閉罩上的通孔(10)連通;待反應完成，移去封閉罩。10.如權利要求1所述一種具有廢氣吸收功能的反應裝置在薄膜與其硅襯底分離上的應用。
【文檔編號】C23C16/27GK105862008SQ201610283069
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月3日
【發明人】李義鋒, 姜龍, 安曉明, 劉曉晨, 郭輝, 孫振路
【申請人】河北普萊斯曼金剛石科技有限公司