Лазер белән чистарту технологияселазер технологияләрен инженерия өлкәсендә уңышлы куллану. Аның төп принцибы лазерларның югары энергия тыгызлыгын кулланып, лазер нурлары һәм эш материаллары субстратларына ябышкан пычраткычлар арасындагы үзара бәйләнешне тәэмин итә. Пычратучылар субстратлардан тиз арада җылылык киңәюе, эрүе, газның очып китүе һәм башка механизмнар ярдәмендә аерыла. Югары нәтиҗәлелек, әйләнә-тирә мохиткә зыянсызлык һәм энергияне саклау белән мактана торган лазер чистарту технологиясе шина калыпларын чистартуда, очкыч кузовындагы буяуларны бетерүдә, мәдәни калдыкларны торгызуда һәм башка өлкәләрдә уңышлы кулланыла.
Традицион чистарту технологияләренә механик ышкылу чистарту (ком белән чистарту, югары басымлы су агымы белән чистарту һ.б.), химик коррозия чистарту, ультратавыш чистарту, коры боз белән чистарту һәм башкалар керә. Бу технологияләр тармакларда киң кулланыла. Мәсәлән, ком белән чистарту төрле катылыктагы абразивларны сайлап, металл дат тапларын, өслек кабыкларын һәм схема платаларындагы конформ каплауларны бетерә ала. Химик коррозия чистарту җиһазлар өслегендәге май калдыкларын бетерү, казан калдыкларын чистарту һәм нефть торбаларын чистарту өчен киң кулланыла. Өлгергән булса да, традицион ысулларның сизелерлек кимчелекләре бар: ком белән чистарту эшкәртелгән өслекләргә җиңел зыян китерә, ә химик коррозия чистарту әйләнә-тирә мохитне пычрата һәм дөрес эшләмәсә, субстратларны коррозиягә китерергә мөмкин. Лазер белән чистартуның барлыкка килүе чистарту технологиясендә революция билгели. Лазерларның югары энергия тыгызлыгын, төгәллеген һәм нәтиҗәле тапшыруын кулланып, лазер белән чистарту чистарту нәтиҗәлелеге, төгәллеге һәм урнашуы буенча традицион ысуллардан өстенрәк. Ул химик чистартудан әйләнә-тирә мохитне пычратуны бетерә һәм субстратларга зыян китерми.
Лазер белән чистарту принциплары
Лазер белән чистарту нәрсә ул? Ул каты (яки кайвакыт сыек) өслекләрдән материалларны лазер нурланышы ярдәмендә бетерү процессын аңлата. Түбән лазер агышы вакытында сеңдерелгән лазер энергиясе материалларны җылыта, парга әйләнүгә яки сублимациягә китерә. Югары лазер агышы вакытында материаллар гадәттә плазмага әйләнә. Лазер белән чистарту гадәттә материалны бетерү өчен импульслы лазерлар куллана, гәрчә өзлексез дулкынлы лазер нурлары материалларны җитәрлек интенсивлыкта абляцияли алса да. 200 нм тирәсе дулкын озынлыклары булган тирән ультрафиолет эксимер лазерлары, нигездә, фотоабляция өчен кулланыла.
Тирәнлегелазер энергиясеабсорбция һәм импульс саен алынган материал күләме материалның оптик үзлекләренә, шулай ук лазерның дулкын озынлыгына һәм импульс озынлыгына бәйле. Бер импульс саен максаттан алынган гомуми масса абляция тизлеге буларак билгеләнә. Сканерлау тизлеге һәм линия каплавы кебек лазер нурланышы үзенчәлекләре абляция процессына сизелерлек йогынты ясый.
Лазер белән чистарту технологияләренең төрләре
1) Лазерлы коры чистарту
Лазерлы коры чистарту үз эченә алаэш кисәкләрен туры импульслы лазер нурландыру. Пычратучы матдәләр яки субстратлар лазер энергиясен үзләштерә, аларның температурасын күтәрә һәм җылылык киңәюен яки субстратның җылылык тибрәнүен китереп чыгара, бу пычраткыч матдәләрне субстратлардан аера. Бу ике сценарийда була: өслек пычраткычлары лазер энергиясен үзләштерә һәм киңәя, яки субстратлар энергияне үзләштерә һәм җылылык белән тибрәнә.
1969 елда С.М.Бедайр һ.б. гадәти өслек эшкәртүләренең (җылылык эшкәртү, химик коррозия, ком белән чистарту) чикләүләре булуын ачыкладылар. Алар фокусланган лазерларның югары энергия тыгызлыгы өслек материалларын субстратларга зыян китермичә парга әйләндерә алуын күзәттеләр. Экспериментлар 30 МВт/см² куәт тыгызлыгына ия булган Q-коммутаторлы рубин лазерының кремний өслекләреннән пычраткыч матдәләрне субстратка зыян китермичә чистарта алуын раслады, бу лазер белән коры чистартуның беренче кулланылышы булды.
Гомуми чистарту тизлеген түбәндә күрсәтелгәнчә, пленка калдыкларын аеру тизлеге белән күрсәтергә мөмкин:
(Формула: ε — лазер импульсы энергия индексы; h — пычраткыч пленка калынлыгы индексы; E — пленка эластиклыгы модуле индексы)
2) Лазер белән дымлы чистарту
Импульслы лазер нурланышы алдыннан, эш кисәге өслегенә сыек пленка алдан каплана. Лазер энергиясе пленканы тиз җылыта һәм парга әйләндерә, шуның белән пычраткыч кисәкчәләрне субстраттан аера торган тиз арада шок дулкыны барлыкка китерә. Бу ысул субстрат һәм сыек пленка арасында химик реакция таләп итми, бу аның кулланыла торган материалларын чикли.
1991 елда К. Имен һ.б. гадәти чистартудан соң ярымүткәргеч пластиналардагы һәм металлардагы калдык субмикрон пычрануларын тикшерделәр. Алар субстратларны лазер белән сеңдерүче пленка белән капладылар һәм CO₂ лазеры белән нурландырдылар. Пленка энергияне сеңдерә, тиз җылыта, кайната һәм шартлаучан парга әйләнә, өслек пычрануларын бетерә - бу лазер белән дымлы чистартуны билгели.
3) Лазер плазмасы белән шок дулкыны белән чистарту
Лазер плазмасы шок дулкыннары лазерлар нурланыш вакытында һаваны сферик плазма шок дулкыннарына әйләндергәндә барлыкка килә. Бу шок дулкыннары субстратларга бәрелә, субстратка зыян китермичә пычраткыч матдәләрне бетерү өчен энергия бүлеп чыгара (лазерлар субстратлар белән турыдан-туры бәйләнештә түгел). Бу технология дистәләгән нанометрга кадәр кечкенә кисәкчәләрне чистарта һәм лазерның дулкын озынлыгына бернинди чикләүләр куймый.
Плазма чистартуның физик принциплары түбәндәгечә кыскача күрсәтелә:
а) Лазер нурлары максат өслегендәге пычраткыч катлам тарафыннан йотыла.
б) Югары энергия сеңү тиз киңәюче плазма (бик югары ионлаштырылган тотрыксыз газ) барлыкка китерә, шук дулкыннар барлыкка китерә.
в) Шок дулкыннары пычраткыч матдәләрне кисә һәм бетерә.
г) Лазер импульслары нигезгә зыян китерә торган җылылык туплануын булдырмас өчен җитәрлек кыска булырга тиеш.
e) Экспериментлар оксидлар булганда металл өслекләрендә плазма формаларын күрсәтә.
Плазма генерациясе энергия тыгызлыгы чигеннән югарырак кына бара, бу пычраткыч яки оксид катламын бетерүгә бәйле. Икенче югарырак чигенү бар, аннан артып, субстрат зыян күрә. Субстратка зыян китермичә нәтиҗәле чистартуны тәэмин итү өчен, импульс энергиясе тыгызлыгын ике чик арасында саклап калу өчен лазер параметрларын көйләргә кирәк.
2001 елда Дж.М. Ли һ.б. югары куәтле фокусланган лазерлардан плазма шок дулкыннарын файдаландылар. Энергия тыгызлыгы 2,0 Дж/см² булган импульслы лазер (кремнийның зыян чигеннән күпкә артып китә) кремний пластиналарын параллель рәвештә нурландырды, 1 мкм вольфрам кисәкчәләрен уңышлы бетерде. Дөресен әйткәндә, лазер плазма шок дулкынын чистарту коры чистартуның бер өлеше.
Башта ярымүткәргеч пластиналардан микроскопик кисәкчәләрне бетерү өчен эшләнгән бу өч лазер чистарту технологиясе шина калыпларын чистартуга, очкыч тиресен буяуны бетерүгә, мәдәни калдыкларны торгызуга һәм башкаларга кадәр киңәйде. Инерт газны лазер нурландыру вакытында субстратларга өреп, аерылган пычраткычларны шунда ук бетерергә, яңадан пычрануны һәм оксидлашуны булдырмаска мөмкин.
Лазер белән чистарту технологияләренең кулланылышы
1) Ярымүткәргечләр сәнәгате: Ярымүткәргеч пластиналарны һәм оптик субстратларны чистарту
Ярымүткәргеч пластиналар һәм оптик субстратлар теләгән формаларны формалаштыру өчен бер үк эшкәртү этапларын (кисү, тарту) узалар, бетерүе авыр һәм кабат пычрануга дучар булган кисәкчәле пычраткыч матдәләр кертә. Пластиналардагы пычраткыч матдәләр схема бастыру сыйфатын начарайта һәм чипның гомерен кыскарта. Оптик субстратларда алар оптик җайланмаларның һәм каплауның эшчәнлеген начарайта, энергиянең тигез бүленешенә һәм хезмәт итү вакытының кимүенә китерә.
Лазерлы коры чистарту монда сирәк кулланыла, чөнки субстратның зарарлану куркынычы бар, ә дымлы чистарту һәм плазмалы шок дулкыны белән чистарту күпсанлы уңышлы кулланылышларга ия. Сюй Чуаньи һ.б. микрон масштаблы магнит буявын ультра шома оптик субстратларга диэлектрик пленка буларак урнаштырдылар, шуның белән нәтиҗәле импульслы лазер чистартуга ирештеләр. Гомуми катнашма кисәкчәләре артса да, аларның зурлыгы һәм каплавы сизелерлек кимеде. Чжан Пин төрле зурлыктагы кисәкчәләрне чистарту нәтиҗәлелегенә эш ераклыгы һәм лазер энергиясенең йогынтысын өйрәнде. Экспериментлар күрсәткәнчә, 240 мДж лазер 1,90 мм эш ераклыгында үткәргеч пыяладагы полистирол кисәкчәләрен оптималь чистартуга иреште. Чистарту нәтиҗәлелеге югарырак лазер энергиясе белән яхшырды, һәм зуррак кисәкчәләрне бетерү җиңелрәк булды.
2) Металл сәнәгате: Металл өслекләрен чистарту
Металл өслеген чистарту макроскопик пычраткычларга каршы кулланыла: оксид/тут катламнары, буяу, каплаулар һәм башка өстәмәләр, алар органик (буяу, каплаулар) яки органик булмаган (тут) пычраткычлар дип классификацияләнә. Чистарту аннан соңгы эшкәртү/кулланылыш таләпләренә туры килә: мәсәлән, эретеп ябыштыру алдыннан титан эретмәләреннән 10 мкм калынлыктагы оксид катламнарын алу, самолет каплавыннан буяуны яңадан буяу өчен алу һәм шин формаларыннан каучук калдыкларын чистарту, продукт сыйфатын һәм форманың гомерен тәэмин итү өчен.
Металларның пычраткычларны чистарту чикләренә караганда югарырак зыян чиге бар, бу тиешле көч белән эшли торган лазерлар белән нәтиҗәле чистарту мөмкинлеген бирә. Өлкәнрәк кулланылышлар арасында: Ван Лихуа һ.б. 5,1 Дж/см² лазерның A5083-111H алюминий эретмәсеннән оксид катламнарын бетерүен, шул ук вакытта нигез сыйфатын саклап калуын, ә 100 Вт импульслы лазерның титан эретмәсеннән оксид катламнарын нәтиҗәле чистартуын һәм өслек катылыгын арттыруын күрсәттеләр. Җирле җитештерүчеләр (Raycus Laser, Han's Laser, Shenzhen Chuangxin) резина калыплар, металл датлары һәм детальләрнең майларын бетерү өчен лазер чистарту җиһазларын киң тәкъдим итәләр.
3) Мәдәни калдыкларны саклау: Мәдәни калдыкларны һәм кәгазь артефактларны чистарту
Металл һәм таш мәдәни ядкәрләр вакыт узу белән пычрак, кара таплары һәм башка пычраткыч матдәләр җыялар, аларны башлангыч күренешләрен торгызу өчен алып ташларга кирәк. Кәгазь артефактлар (картина, каллиграфия) дөрес сакламаганда күгәрек һәм такталар барлыкка килә, бу аларның торышын һәм мәдәни/тарихи кыйммәтен нык какшата.
Чжао Ин һ.б. дөге кәгазендәге күгәрек такталарын УВ лазер белән чистартуны тикшерделәр: бер тапкыр 3,2 Дж/мм² сканерлау юка такталарны бетерде, ә ике сканерлау тулысынча бетерүгә иреште; артык лазер энергиясе кәгазьгә зыян китерде. Чжан Сяотун лазер белән дымлы ысул кулланып алтынсу бронза артефактны уңышлы торгызды. Чжан Личен Хань династиясеннән буялган хатын-кыз керамика фигурасына лазер белән чистарту кулланды. Юань Сяодун һ.б. таш калдыклары өчен лазер белән чистартуның нәтиҗәлелеген бәяләделәр, субстратның зыянын һәм комташтагы буяу, төтен һәм буяу тапларын бетерү нәтиҗәлелеген чагыштырдылар.
Йомгак
Лазер белән чистарту - аэрокосмик, хәрби техника, электроника һәм башка югары төгәллекле өлкәләрдә киң тикшеренүләр һәм куллану перспективалары булган алдынгы технология. Нәтиҗәлелеге, әйләнә-тирә мохиткә зыянсызлыгы һәм югары чистарту нәтиҗәләре аркасында күп тармакларда өлгергән, аның кулланылышы киңәя бара. Гадәти буяу һәм датны бетерүдән тыш, соңгы казанышлар металл чыбыклардагы оксид катламнарын лазер белән чистартуны да үз эченә ала. Киләчәк үсеш гамәлдәге кулланылышларны киңәйтүгә, яңа өлкәләргә керүгә һәм җиһазларны яңартуга бәйле:
- Гамәли кулланылышка юнәлдерү өчен теоретик тикшеренүләрне ныгытыгыз. Хәзерге тикшеренүләр тәҗрибәләргә нык таяна, аларның җитлеккән теоретик базасы юк. Мондый база булдыру технологик өлгергәнлек өчен бик мөһим.
- Гамәлдәге һәм яңа өлкәләрдә куллануны киңәйтегез. Буяу/тутны бетерү өлкәсендә өлгергән, яңа кулланылышлар металл чыбык оксидын чистартуны үз эченә ала, бу үсеш өчен уңдырышлы җир бирә.
- Күп максатлы универсаль җайланмаларга (мәсәлән, буяу/тутны бетерүнең берләштерелгән ысулы) һәм махсуслаштырылган коралларга (мәсәлән, чикләнгән киңлекләр өчен махсус җайланмалар/җепселләр) күчеп, яңа лазер чистарту җиһазларын эшләү. Сәнәгать роботлары белән интеграция аша тулы автоматизация - өметле юнәлеш.
Бастырылган вакыты: 2026 елның 14 мае
