It prinsipe, soarten en tapassingen fanlaserreinigingtechnology
Laserreinigingstechnology is in suksesfolle tapassing fan lasertechnology yn 'e technyk. It basisprinsipe is om de hege enerzjytichtens fan laser te brûken om te ynteraksje mei de fersmoarging dy't oan it substraat fan it wurkstik fêsthâlde, wêrtroch't se skiede fan it substraat yn 'e foarm fan direkte termyske útwreiding, smelten en gasferdamping. Laserreinigingstechnology wurdt karakterisearre troch hege effisjinsje, miljeufreonlikens en enerzjybesparring. It is mei súkses tapast op fjilden lykas it skjinmeitsjen fan bânskimmels, it fuortheljen fan fleantúchlak en it restaurearjen fan kulturele reliken.
Tradisjonele reinigingstechnologyen omfetsjemeganyske wriuwingreiniging(sânstralen, hege-druk wetterstraalreiniging, ensfh.), gemyske korrosjereiniging, ultrasone reiniging, droegiisreiniging, ensfh. Dizze reinigingstechnologyen binne in soad brûkt yn ferskate yndustryen. Bygelyks, sânstralen kin metalen roestflekken, bramen fan metalen oerflakken en trije-proof lak op printplaten fuortsmite troch skuurmiddels fan ferskillende hurdens te selektearjen. Gemyske korrosjereinigingstechnology wurdt in soad brûkt by it skjinmeitsjen fan oaljeflekken op apparatueroerflakken, skaal yn boilers en oaljepipelines. Hoewol dizze reinigingstechnologyen goed ûntwikkele binne, hawwe se noch wat problemen. Bygelyks, sânstralen kin maklik skea feroarsaakje oan it behannele oerflak, en gemyske korrosjereiniging kin miljeufersmoarging en korrosje fan it skjinmakke oerflak feroarsaakje as it net goed behannele wurdt. De opkomst fan laserreinigingstechnology fertsjintwurdiget in revolúsje yn reinigingstechnology. It makket gebrûk fan 'e hege enerzjytichtens, hege presyzje en effisjinte oerdracht fan laserenerzjy, en hat dúdlike foardielen boppe tradisjonele reinigingstechnologyen yn termen fan reinigingseffisjinsje, reinigingspresyzje en reinigingslokaasje. It kin miljeufersmoarging feroarsake troch gemyske korrosjereiniging en oare reinigingstechnologyen effektyf foarkomme, en sil gjin skea feroarsaakje oan it substraat.
Dus wat is laserreiniging? Laserreiniging is in proses wêrby't in laserstriel brûkt wurdt om materiaal fan it oerflak fan in fêste stof (of soms in floeistof) te ferwiderjen. By lege laserflux wurdt it materiaal ferwaarme troch de opnommen laserenerzjy en ferdampt of sublimearret. By hege laserflux feroaret it materiaal meastal yn plasma. Meastentiids ferwiist laserreiniging nei it fuortheljen fan materiaal mei pulsearre lasers, mar as de laserintensiteit heech genôch is, kin in trochgeande weachlaserstriel brûkt wurde om it materiaal te ablearjen. De excimerlaser fan djip ultraviolet ljocht wurdt benammen brûkt foar optyske ablaasje. De lasergolflingte dy't brûkt wurdt foar optyske ablaasje is sawat 200 nm. De djipte fan absorpsje fan 'e laserenerzjy en de hoemannichte materiaal dy't troch ien laserpuls fuorthelle wurdt, hinget ôf fan 'e optyske eigenskippen fan it materiaal, lykas de lasergolflingte en pulslingte. De totale massa dy't troch elke laserpuls fan it doel ablearre wurdt, wurdt meastal de ablaasjesnelheid neamd. De scansnelheid fan 'e laserstriel en de dekking fan 'e scanline, ensfh., sille it ablaasjeproses signifikant beynfloedzje.
Soarten laserreinigingstechnology
1) Laser droech skjinmeitsjen: Droech laser skjinmeitsjen ferwiist nei de direkte bestraling fan it skjinmeitsjende wurkstik mei in pulsearre laser, wêrtroch't de basis- of oerflakfersmoarging enerzjy absorbearret en yn temperatuer tanimt, wat resulteart yn termyske útwreiding of termyske trilling fan 'e basis, wêrtroch't de twa skieden wurde. Dizze metoade kin rûchwei ferdield wurde yn twa situaasjes: ien is dat de oerflakfersmoarging laserenerzjy absorbearret en útwreidzje; de oare is dat de basis laserenerzjy absorbearret en termyske trilling genereart. Yn 1969 ûntdutsen SM Bedair et al. dat ferskate oerflakbehannelingsmetoaden lykas waarmtebehanneling, gemyske korrosje en sânstralen allegear ferskillende neidielen hawwe. Tagelyk kin de hege enerzjytichtens nei laserfokussearring it ferskynsel fan ferdamping fan it materiaaloerflak mooglik meitsje, wat de mooglikheid fan net-destruktive skjinmeitsjen fan it materiaaloerflak mooglik makket. Troch eksperiminten waard fûn dat it brûken fan in ruby Q-switched laser mei in krêfttichtens fan 30 MW/cm2 de skjinmeitsjen fan silisiummateriaaloerflakfersmoarging kin berikke sûnder de basis te beskeadigjen, en foar it earst waard laser droech skjinmeitsjen fan materiaaloerflakfersmoarging realisearre. De totale taryf kin útdrukt wurde troch de taryf fan losmeitsjen fan filmlaachfragminen, as folget:
Yn 'e formule stiet ε foar de enerzjy-yndeks fan 'e laserpuls, h stiet foar de dikte-yndeks fan 'e fersmoargjende filmlaach, en E stiet foar de elastyske modulus-yndeks fan 'e filmlaach.
2) Laser wietreiniging: Foardat it wurkstik dat skjinmakke wurde moat bleatsteld wurdt oan de pulsearre laser, wurdt in oerflakfoarbedekkingsfloeibere film oanbrocht. Under de aksje fan 'e laser nimt de temperatuer fan' e floeibere film rap ta en ferdampt. Op it momint fan ferdamping wurdt in ympaktweach generearre, dy't ynwurket op 'e fersmoargjende dieltsjes en feroarsaket dat se loskomme fan it substraat. Dizze metoade fereasket dat it substraat en de floeibere film net mei-inoar reagearje, wêrtroch it berik fan tapasbere materialen beheind wurdt. Yn 1991 hawwe K. Imen et al. it probleem fan oerbleaune submikron dieltsjefersmoargjende stoffen op 'e oerflakken fan healgeleiderwafers en metalen materialen behannele nei't tradisjonele reinigingsmetoaden brûkt waarden, en bestudearre de tapassing fan it coaten fan in film op it oerflak fan it materiaalsubstraat dy't laserenerzjy effisjint kin opnimme. Dêrnei, mei in CO2-laser, naam de film de laserenerzjy op en naam rap ta yn temperatuer en kocht, wêrtroch eksplosive ferdamping ûntstie, wêrtroch't de fersmoargjende stoffen fan it substraatoerflak fuorthelle waarden. Dizze reinigingsmetoade wurdt laser wietreiniging neamd.
3) Laserplasma-skokgolfreiniging: Laserplasma-skokgolven wurde generearre as de laser it loftmedium bestraalt en in sferyske plasma-skokgolf feroarsaket. De skokgolf wurket op it oerflak fan it wurkstik dat skjinmakke wurde moat en lit enerzjy frij om de fersmoargjende stoffen te ferwiderjen. De laser wurket net op it substraat, wêrtroch't it substraat net beskeadige wurdt. De laserplasma-skokgolfreinigingstechnology kin no dieltsjes mei diameters fan ferskate tsientallen nanometers skjinmeitsje, en d'r binne gjin beheiningen oan 'e lasergolflingte. It fysike prinsipe fan plasmareiniging kin as folget gearfette wurde: a) De laserstriel dy't troch de laser útstjoerd wurdt, wurdt opnommen troch de fersmoargingslaach op it behannele oerflak. b) De grutte hoemannichte absorpsje foarmet in rap útwreidzjend plasma (heech ionisearre ynstabyl gas) en genereart in ympaktgolf. c) De ympaktgolf feroarsaket dat de fersmoargjende stoffen fragmintearje en fuorthelle wurde. d) De pulsbreedte fan 'e ljochtpuls moat koart genôch wêze om termyske opgarjen te foarkommen dy't it behannele oerflak beskeadigje kin. e) Eksperiminten hawwe oantoand dat as d'r oksiden op it metalen oerflak binne, plasma op it metalen oerflak generearre wurdt. Plasma wurdt allinich generearre as de enerzjytichtens de drompel oerskriuwt, dy't ôfhinklik is fan 'e fuorthelle fersmoargingslaach of oksidelaach. Dit drompeleffekt is tige wichtich foar effektive skjinmeitsjen, wylst de feiligens fan it substraatmateriaal garandearre wurdt. It uterlik fan plasma hat ek in twadde drompel. As de enerzjytichtens dizze drompel oerskriuwt, sil it substraatmateriaal skansearre wurde. Om effektive skjinmeitsjen út te fieren, wylst de feiligens fan it substraatmateriaal garandearre wurdt, moatte de laserparameters oanpast wurde neffens de situaasje om te soargjen dat de enerzjytichtens fan 'e ljochtpuls strikt tusken de twa drompelwearden leit. Yn 2001 brûkten JM Lee et al. it skaaimerk dat lasers mei hege krêft plasma-skokweagen produsearje as se fokussearre wurde, en brûkten in pulslaser mei in enerzjytichtens fan 2.0 J/cm2 (folle heger as de skeadrompel fan silisiumwafers) om parallel oan 'e silisiumwafer te bestralen, wêrby't se mei súkses 1 μm wolfraamdieltsjes skjinmakke hawwe dy't op it oerflak fan 'e silisiumwafer adsorbearre binne. Dizze skjinmetoade wurdt laserplasma-skokwefreiniging neamd, en strikt nommen is laserplasma-skokwefreiniging in soarte fan droege laserskjinmeitsjen. It oarspronklike doel fan dizze trije laserreinigingstechnologyen wie om de lytse dieltsjes op it oerflak fan healgeleiderwafers skjin te meitsjen. Men kin sizze dat laserreinigingstechnology ûntstien is mei de ûntwikkeling fan healgeleidertechnology. Laserreinigingstechnology is lykwols kontinu tapast op oare fjilden, lykas it skjinmeitsjen fan bânskimmels, it fuortheljen fan fleantúchhûdferve en it restaurearjen fan artefaktoerflakken. Wylst ûnder laserstrieling inert gas op it substraatoerflak blaasd wurde kin. As de fersmoarging fan it oerflak ôfpele wurdt, wurde se fuortendaliks troch it gas fan it oerflak blaasd om opnij fersmoarging en oksidaasje fan it oerflak te foarkommen.
Detapassing fan laserreinigingstechnology
1) Yn it healgeleiderfjild omfettet it skjinmeitsjen fan healgeleiderwafers en optyske substraten itselde proses, nammentlik it ferwurkjen fan 'e grûnstoffen yn' e fereaske foarmen troch snijden, slypjen, ensfh. Tidens dit proses wurde dieltsjesfersmoargjende stoffen ynbrocht, dy't lestich te ferwiderjen binne en slimme werhelle fersmoargingsproblemen feroarsaakje. De fersmoargjende stoffen op it oerflak fan healgeleiderwafers kinne de kwaliteit fan printplaten beynfloedzje, wêrtroch't de libbensdoer fan healgeleiderchips koarter wurdt. De fersmoargjende stoffen op it oerflak fan optyske substraten kinne de kwaliteit fan optyske apparaten en coatings beynfloedzje, en kinne liede ta ûngelikense enerzjyferdieling, wêrtroch't de libbensdoer koarter wurdt. Om't laser droech skjinmeitsjen gefoelich is foar skea oan it substraatoerflak, wurdt dizze skjinmetoade minder brûkt by it skjinmeitsjen fan healgeleiderwafers en optyske substraten. Laser wiet skjinmeitsjen en laserplasma skokgolfreiniging hawwe mear suksesfolle tapassingen yn dit fjild. Xu Chuanyi et al. bestudearren de ôfsetting fan mikroskaal spesjale magnetyske ferve op it oerflak fan ultra-glêde optyske substraten as in diëlektryske film, en brûkten doe in pulsearre laser foar skjinmeitsjen. It skjinmakeffekt wie goed, hoewol it oantal ûnreinheidsdieltsjes per ienheidsoppervlakte tanommen, waarden de grutte en it dekkingsgebiet fan 'e ûnreinheidsdieltsjes signifikant fermindere. Dizze metoade kin de mikroskaal ûnreinheidsdieltsjes op it oerflak fan ultra-glêde optyske substraten effektyf skjinmeitsje. Zhang Ping bestudearre de ynfloed fan wurkôfstân en laserenerzjy op it skjinmakeffekt fan fersmoarging mei ferskate dieltsjegrutte yn laserplasma-skjinmaktechnology. De eksperimintele resultaten lieten sjen dat foar polystyreendieltsjes op geleidende glêzen substraten de optimale wurkôfstân foar in enerzjy fan 240 mJ 1,90 mm wie. Mei de tanimming fan 'e laserenerzjy ferbettere it skjinmakeffekt signifikant, en wiene grutte dieltsjefersmoarging makliker skjin te meitsjen.
2) Yn it fjild fan metaalmaterialen is it skjinmeitsjen fan oerflakken fan metaalmaterialen oars as it skjinmeitsjen fan healgeleiderwafers en optyske substraten. De fersmoarging dy't skjinmakke wurde moat, hearre ta de makroskopyske kategory. De fersmoarging op it oerflak fan metaalmaterialen omfettet benammen de oksidelaach (roestlaach), fervelaach, coating en oare oanhechtings, en kin wurde yndield yn organyske fersmoarging (lykas fervelaach, coating) en anorganyske fersmoarging (lykas roestlaach). It skjinmeitsjen fan oerflakfersmoarging fan metaalmaterialen is benammen om te foldwaan oan de easken fan lettere ferwurking of gebrûk, lykas it fuortheljen fan sawat 10 μm oksidelaach fan it oerflak fan titaniumlegeringûnderdielen foar it lassen, it fuortheljen fan de orizjinele fervecoating op it hûdoerflak by grutte reparaasjes oan fleantugen om it opnij spuiten te fasilitearjen, en it regelmjittich skjinmeitsjen fan de rubberdieltsjes dy't oan 'e rubberbânmal fêst sitte om de skjinens fan it oerflak en de kwaliteit en libbensdoer fan 'e mal te garandearjen. De skeadrompel fan metaalmaterialen is heger as dy fan 'e laserreinigingsdrompel fan har oerflakfersmoarging. Troch in passende krêftlaser te selektearjen, kin in better skjinmakeffekt berikt wurde. Dizze technology is yn guon fjilden folwoeksen tapast. Wang Lihua et al. bestudearre de tapassing fan laserreinigingstechnology yn 'e behanneling fan oksidehûden op 'e oerflakken fan aluminiumlegeringen en titaniumlegeringen. De ûndersyksresultaten lieten sjen dat it brûken fan in laser mei in enerzjytichtens fan 5,1 J/cm2 de oksidelaach op it oerflak fan 'e A5083-111H aluminiumlegering skjinmeitsje koe, wylst de goede kwaliteit fan it substraat bewarre bleau, en it brûken fan in pulsearre laser mei in gemiddelde krêft fan 100 W op in scanmanier koe de oksidelaach op it oerflak fan titaniumlegeringen effektyf skjinmeitsje en de hurdens fan it materiaaloerflak ferbetterje. Binnenlânske bedriuwen lykas Ruike Laser, Daqu Laser, en Shenzhen Chuangxin hawwe laserreinigingsapparatuer ûntwikkele dy't breed brûkt is foar it skjinmeitsjen fan rubberfoarmen lykas bannen, metaalroestlagen en oaljeflekken op it oerflak fan komponinten.
3) Op it mêd fan kulturele reliken is it skjinmeitsjen fan metalen en stiennen reliken en papieroerflakken needsaaklik om fersmoarging lykas smoargens en inketflekken te ferwiderjen dy't op har oerflakken ferskine fanwegen har lange skiednis. Dizze fersmoarging moat fuorthelle wurde om de reliken te restaurearjen. Foar papierwurken lykas kalligrafy en skilderijen groeit skimmel op har oerflakken as se net goed opslein wurde. Dizze flekken beynfloedzje it orizjinele uterlik fan it papier serieus, foaral foar papier mei hege kulturele of histoaryske wearde, wat ynfloed sil hawwe op de wurdearring en beskerming dêrfan. Zhao Ying et al. hawwe de mooglikheid bestudearre fan it brûken fan ultraviolette laser om skimmelflekken op papierrollen skjin te meitsjen. De eksperimintele resultaten lieten sjen dat it brûken fan in laser mei in enerzjytichtens fan 3,2 J/mm2 om ien kear te scannen tinne flekken fuortsmite koe, en twa kear scannen koe de flekken folslein fuortsmite. As de brûkte laserenerzjy lykwols te heech is, sil it de papierrol beskeadigje by it fuortheljen fan de flekken. Zhang Xiaotong et al. hawwe mei súkses in fergulde brûnzen relik restaurearre mei de laser fertikale bestralingsfloeistoffilmmetoade. Zhang Licheng et al. hawwe laserreinigingstechnology brûkt by de restauraasje fan in skildere froulike ierdewurkfiguer út 'e Han-dynasty. Yuan Xiaodong et al. bestudearre it effekt fan laserreinigingstechnology by it skjinmeitsjen fan stiennen reliken en fergelike de skea oan it sânstienlichem foar en nei it skjinmeitsjen, lykas de skjinmakeffekten fan inketflekken, reekfersmoarging en fervefersmoarging.
Konklúzje: Laserreinigingstechnology is in relatyf avansearre technyk, mei brede ûndersyks- en tapassingsperspektiven yn hege-presyzje fjilden lykas loftfeart, militêre apparatuer, en elektroanyske en elektryske technyk. Op it stuit is laserreinigingstechnology mei súkses tapast yn guon gebieten, tanksij syn effisjinte, miljeufreonlike en poerbêste reinigingsprestaasjes. De tapassingsgebieten wreidzje stadichoan út. De ûntwikkeling fan laserreinigingstechnology is net allinich folwoeksen tapast yn gebieten lykas ferwidering fan ferve en roestferwidering, mar d'r binne ek rapporten west oer it brûken fan laser om de oksidelaach op metalen triedden yn 'e lêste jierren te reinigjen. De útwreiding fan besteande tapassingsfjilden en de ûntwikkeling fan nije fjilden binne de basis fan 'e ûntwikkeling fan laserreinigingstechnology. It ûndersyk en de ûntwikkeling fan nije laserreinigingsapparatuer en de ûntwikkeling fan nije laserreinigingsapparatuer sille differinsjaasje sjen litte, wat resulteart yn ferskate funksjes. Yn 'e takomst is it berikken fan folslein automatyske laserreiniging troch gearwurking mei yndustriële robots ek mooglik. De ûntwikkelingstrend fan laserreinigingstechnology is as folget:
(1) Fersterking fan it ûndersyk nei laserreinigingsteory om de tapassing fan laserreinigingstechnology te begelieden. Nei it besjen fan in grut oantal dokuminten is fûn dat der gjin folwoeksen teoretysk systeem is dat laserreinigingstechnology stipet, en de measte stúdzjes binne basearre op eksperiminten. It fêstigjen fan in teoretysk systeem foar laserreiniging is de basis foar de fierdere ûntwikkeling en folwoeksenheid fan laserreinigingstechnology.
(2) Útwreiding fan besteande tapassingsfjilden en nije tapassingsfjilden. Laserreinigingstechnology is mei súkses tapast op gebieten lykas ferwidering fan ferve en roestferwidering, en d'r binne rapporten west oer it brûken fan laser om de oksidelaach op metalen triedden yn 'e lêste jierren skjin te meitsjen. De útwreiding fan besteande tapassingsfjilden en de ûntwikkeling fan nije fjilden binne fruchtbere boaiem foar de ûntwikkeling fan laserreinigingstechnology.
(3) Undersyk en ûntwikkeling fan nije laserreinigingsapparatuer. De ûntwikkeling fan nije laserreinigingsapparatuer sil ûnderskied sjen litte. Ien type is apparatuer mei in bepaalde universaliteit dy't meardere tapassingsfjilden beslacht, lykas ien apparaat dat tagelyk ferveferwiderings- en roestferwideringsfunksjes kin berikke. It oare type is spesjalisearre apparatuer foar spesifike behoeften, lykas it ûntwerpen fan spesifike fixtures of optyske fezels om de funksje te berikken foar it skjinmeitsjen fan fersmoargjende stoffen yn lytse romten. Troch gearwurking mei yndustriële robots is folslein automatyske laserreiniging ek in populêre tapassingsrjochting.
Pleatsingstiid: 17 july 2025
