大尺寸陶瓷膜原子层沉积过程的CFD模拟

陶瓷膜具有耐高温、耐酸碱、强度高等优点,在液体分离领域得到了广泛应用。对陶瓷膜进行表面改性,可进一步提升其性能,但基于表面化学反应的改性方法工艺过程复杂,难于控制。原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)是基于表面自限制化学反应过程的气固相薄膜沉积技术,可以在纳米尺度精确调控孔道结构,特别适用于多孔分离膜的改性和功能化。目前尚无适用于大尺寸陶瓷膜的ALD设备,需要对ALD过程进行专门的优化设计。通过CFD模型对1 m长的单通道陶瓷膜的ALD过程进行了研究,在数学模型中考虑了两种气体源交替进入腔体中所引发不同的表面反应,并考虑了脉冲边界的影响。模拟计算结果与实验比较平均相对误差为1.69%。在数值模拟的基础上,提出了双向交替旋转脉冲的ALD模式,为陶瓷膜的ALD沉积改性的装备设计和过程优化提供了理论依据。