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激光清洗方案综述

2020/10/14

在工业生产、古文物和艺术品保护甚至牙齿疾病的治疗中,常常需要用到清洗技术。而在工业制品的电镀、磷化、喷涂、焊接、包装以及集成线路装配过程中,有时必须要出去制品表面上的油脂、灰尘、绣垢及残留的溶剂、粘结剂等污物,以确保质量。但由于环境污染和保护不善等原因,工业制品,文物以及许多珍贵艺术品逐渐被锈蚀和污损,有的已被完全破坏,这就有必要采取适当的措施除掉文物表面的污垢及锈蚀,恢复其旧貌。

传统的清洗技术主要使用的是如机械情理法、化学清洗法和超声波清洗法等。但是这些方法都存在都一些缺点,机械方法无法满足高清洁度清洗要求;化学清洗方法容易导致环境污染;超声波清洗法尽管清洗效果不错,但对亚微米级污粒的清洗无能为力,清洗槽的尺寸限制了被清洗零件的范围和复杂程度。这些缺点都限制了传统清洗技术的发展。

激光清洗的机理主要是基于物体表面污染物吸收激光能量后,或汽化挥发,或瞬间受热膨胀而克服表面对粒子的吸附力,使其脱离物体表面,进而达到清洗的目的。

大致概括为:
1、激光汽化分解;
2、激光剥离;
3、污物粒子热膨胀; 
4、基体表面振动和粒子振动四个方面

激光清洗技术的特性和分类 

一、与传统清洗工艺相比,激光清洗技术具有以下特征:

它是一种“干式”清洗,不需要清洁液或其他化学溶液,且清洁度远远高于化学清洗工艺;
清除污物的范围和适用的基材范围十分广;通过调控激光工艺参数,可以在不损伤基材表面的基础上,有效去除污物,使表面复旧如新;激光清洗可以方便地实现自动化操作;激光去污设备可以长期使用,运行成本低;激光清洗技术是一种“绿色”清洗工艺,消除的废料是固体粉末,体积小,易于存放,基本上不污染环境。

二、激光清洗的方法一般有四种:

(1) 激光干洗法,即采用脉冲激光直接辐射去污;
(2) 激光+液膜的方法,即首先沉积一层液膜于基体表面,然后用激光使液膜发生爆炸去污;
(3) 激光+惰性气体的方法,即激光辐射的同时,用惰性气体吹向工件表面,当污物从表面剥离后,就被气体远远吹离表面,避免清洁表面再次污染和氧化;
(4)用激光使污物松散后,再用非腐蚀性的化学方法去污。目前在工业生产中主要采用前面三种清洗方法其中激光干洗法取激光+液膜清洗方法用得**多;第四种方法仅见于艺术品的清洗保护中。

激光器的选择目前激光器的种类比较多,如CO2激光器、YAG(钇铝石榴石)激光器和准分子器等一般来说,在高精度的要求高于大体积清除或成本的要求时,准分子激光器是较为合适的工具;在其他情况下则以CO2和固体激光器为佳。对于微电子工业来说,一般选用准分子激光器,如KrF准分子;对于模具的清洗则采用CO2或YAG激光器比较好;而对于激光敷层的清除,CO2激光器的效果**好,特别是TEACO2激光器在这一领域极具发展前途;由于CO2激光器不能用光纤传送,远程清洗应用受到很大限制,这为YAG激光器的应用提供了广阔的空间。

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综上所述,激光清洗在很多领域发挥着重要作用,并且在汽车制造、半导体晶原片清洗、精密零件加工制造、军事装备清洗、建筑物外墙清洗、文物保护、电路板清洗、精密零件加工制造、液晶显示器清洗、口香糖残迹去除等领域均可发挥重要作用。

激光清洗技术近两年发展很快,不论是对激光清洗的工艺参数和清洗机理、清洗对象的研究或是应用方面的研究都取得了很大的进展。进而激光清洗技术在经过大量理论方面的研究后,其研究重心正不断偏向于应用方面的研究,并在应用方面取得了可喜的成果。由于激光器及其配套硬件的费用较高,使激光清洗技术的应用范围受到极大的限制,特别在低成本对象的清洗中还难以承受。今后激光清洗技术在文物和艺术品的保护方面将得到更广泛的应用,其市场前景非常广阔。随着科学技术的发展,如果激光器及其硬件的成本不断下降,该项技术在工业中的应用也将成为现实,其应用范围也会随之拓宽。




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