Лазер белән чистарту технологиясенең принцибы, төрләре һәм кулланылышы

Принципы, төрләре һәм кулланылышылазер белән чистартутехнология

Лазер белән чистарту технологиясе - инженерлык өлкәсендә лазер технологияләренең уңышлы кулланылышы. Аның төп принцибы - лазерның югары энергия тыгызлыгын кулланып, эш материалының нигезенә ябышкан пычраткычлар белән үзара бәйләнешкә керү, аларның нигездән тиз арада җылылык киңәюе, эрүе һәм газ парга әйләнүе рәвешендә аерылуына китерә. Лазер белән чистарту технологиясе югары нәтиҗәлелек, әйләнә-тирә мохиткә зыянсызлык һәм энергияне саклау белән аерылып тора. Ул шина калыпларын чистарту, очкыч кузовындагы буяуларны бетерү һәм мәдәни калдыкларны торгызу кебек өлкәләрдә уңышлы кулланыла.

Традицион чистарту технологияләре түбәндәгеләрне үз эченә аламеханик ышкылу чистарту(ком белән чистарту, югары басымлы су агымы белән чистарту һ.б.), химик коррозияне чистарту, ультратавышлы чистарту, коры боз белән чистарту һ.б. Бу чистарту технологияләре төрле тармакларда киң кулланыла. Мәсәлән, ком белән чистарту төрле катылыктагы абразивларны сайлап, металл дат тапларын, металл өслегенең бөртекләрен һәм схема такталарындагы өч катлы лакны бетерә ала. Химик коррозияне чистарту технологиясе җиһазлар өслегендәге май тапларын, казаннардагы һәм нефть торбаларындагы кәкреләрне чистартуда киң кулланыла. Бу чистарту технологияләре яхшы эшләнгән булса да, аларда әле дә кайбер проблемалар бар. Мәсәлән, ком белән чистарту эшкәртелгән өслеккә җиңел зыян китерергә мөмкин, ә химик коррозияне чистарту дөрес кулланылмаса, әйләнә-тирә мохитне пычратырга һәм чистартылган өслекнең коррозиясенә китерергә мөмкин. Лазер белән чистарту технологиясенең барлыкка килүе чистарту технологиясендә революция булып тора. Ул югары энергия тыгызлыгы, югары төгәллек һәм лазер энергиясен нәтиҗәле тапшырудан файдалана һәм чистарту нәтиҗәлелеге, чистарту төгәллеге һәм чистарту урыны ягыннан традицион чистарту технологияләренә караганда ачык өстенлекләргә ия. Ул химик коррозияне чистарту һәм башка чистарту технологияләре аркасында әйләнә-тирә мохитне пычратудан нәтиҗәле рәвештә котыла ала һәм нигезгә зыян китермәячәк.

...лазер белән чистарту принцибы

Димәк, лазер белән чистарту нәрсә ул? Лазер белән чистарту - каты матдә (яки кайвакыт сыеклык) өслегеннән материалны алу өчен лазер нуры кулланыла торган процесс. Түбән лазер агымында материал сеңдерелгән лазер энергиясе белән җылытыла һәм парга әйләнә яки сублимацияләнә. Югары лазер агымында материал гадәттә плазмага әйләнә. Гадәттә, лазер белән чистарту импульслы лазерлар ярдәмендә материалны алуны аңлата, ләкин лазер интенсивлыгы җитәрлек югары булса, материалны абляцияләү өчен өзлексез дулкынлы лазер нуры кулланылырга мөмкин. Тирән ультрафиолет яктылыкның эксимер лазеры, нигездә, оптик абляция өчен кулланыла. Оптик абляция өчен кулланыла торган лазер дулкын озынлыгы якынча 200 нм. Лазер энергиясен сеңдерү тирәнлеге һәм бер лазер импульсы белән алынган материал күләме материалның оптик үзлекләренә, шулай ук ​​лазер дулкын озынлыгына һәм импульс озынлыгына бәйле. Һәр лазер импульсы белән максаттан абляцияләнгән гомуми масса гадәттә абляция тизлеге дип атала. Лазер нурының сканерлау тизлеге һәм сканерлау сызыгының каплавы һ.б. абляция процессына сизелерлек йогынты ясаячак.

Лазер белән чистарту технологияләренең төрләре

1) Лазер белән коры чистарту: Коры лазер белән чистарту дип импульслы лазер белән чистарту эш әйберенә турыдан-туры нурландыруны аңлата, бу нигез яки өслек пычраткычларының энергияне сеңдерүенә һәм температураның артуына китерә, нәтиҗәдә нигезнең җылылык киңәюенә яки җылылык тибрәнүенә китерә, шуның белән икесен аера. Бу ысулны якынча ике хәлгә бүлеп була: берсе - өслек пычраткычлары лазер энергиясен сеңдерә һәм киңәя; икенчесе - нигез лазер энергиясен сеңдерә һәм җылылык тибрәнүе барлыкка китерә. 1969 елда С.М. Бедайр һ.б. җылылык белән эшкәртү, химик коррозия һәм ком белән чистарту кебек төрле өслек эшкәртү ысулларының барысының да төрле кимчелекләре барлыгын ачыкладылар. Шул ук вакытта, лазер белән фокуслаудан соң югары энергия тыгызлыгы материал өслегенең парга әйләнү күренешен мөмкин итә ала, бу материал өслеген җимермичә чистарту мөмкинлеген бирә. Тәҗрибәләр аша 30 МВт/см2 куәт тыгызлыгы булган рубин Q-коммутаторлы лазер куллану кремний материалы өслеге пычраткычларын нигезгә зыян китермичә чистартуга ирешә алуы ачыкланды, һәм беренче тапкыр материал өслеге пычраткычларын лазер белән коры чистарту гамәлгә ашырылды. Гомуми тизлекне пленка катламы фрагментларының аерылу тизлеге белән түбәндәгечә күрсәтергә мөмкин:

Формулада ε лазер импульс энергия индексын, h пычраткыч пленка катламының калынлык индексын, ә E пленка катламының эластик модуль индексын күрсәтә.

2) Лазер белән дымлы чистарту: Чистартылачак эш материалы импульслы лазерга дучар ителгәнче, өслеккә алдан каплау өчен сыек пленка сөртелә. Лазер тәэсирендә сыек пленканың температурасы тиз арта һәм парга әйләнә. Парга әйләнү вакытында бәрелү дулкыны барлыкка килә, ул пычраткыч кисәкчәләргә тәэсир итә һәм аларның субстраттан аерылуына китерә. Бу ысул субстрат һәм сыек пленканың бер-берсе белән реакциягә кермәвен таләп итә, шуның белән кулланыла торган материаллар диапазонын чикли. 1991 елда К. Имен һ.б. традицион чистарту ысуллары кулланылганнан соң ярымүткәргеч пластиналар һәм металл материаллар өслегендә калдык субмикрон кисәкчәләре пычраткычлары проблемасын хәл иттеләр һәм материал субстраты өслегенә лазер энергиясен нәтиҗәле сеңдерә алырлык пленка каплауны өйрәнделәр. Аннары, CO2 лазерын кулланып, пленка лазер энергиясен сеңдерә һәм тиз арада температураны күтәрә һәм кайната, шартлаучан парга әйләнү барлыкка китерә, бу пычраткыч матдәләрне субстрат өслегеннән чыгара. Бу чистарту ысулы лазер белән дымлы чистарту дип атала.

3) Лазер плазмасы шок дулкынын чистарту: Лазер һава мохитен нурландырганда һәм сферик плазма шок дулкыны барлыкка килгәндә, лазер плазмасы шок дулкыннары барлыкка килә. Шок дулкыны чистартылачак эш әйберенең өслегенә тәэсир итә һәм пычраткыч матдәләрне бетерү өчен энергия бүлеп чыгара. Лазер субстратка тәэсир итми, шуңа күрә субстратка зыян китерми. Лазер плазмасы шок дулкынын чистарту технологиясе хәзер берничә дистә нанометр диаметрлы кисәкчәләрне чистарта ала, һәм лазерның дулкын озынлыгында чикләүләр юк. Плазма чистартуның физик принцибын түбәндәгечә кыскача күрсәтергә мөмкин: а) Лазер чыгарган лазер нуры эшкәртелгән өслектәге пычрату катламы тарафыннан сеңдерелә. б) Зур күләмдәге сеңдерү тиз киңәюче плазма (бик нык ионлаштырылган тотрыксыз газ) барлыкка китерә һәм бәрелү дулкынын барлыкка китерә. в) Бәрелү дулкыны пычраткыч матдәләрнең кисәкләнүенә һәм чыгарылуына китерә. г) Яктылык импульсының импульс киңлеге эшкәртелгән өслеккә зыян китерергә мөмкин булган җылылык туплануын булдырмас өчен җитәрлек кыска булырга тиеш. д) Эксперименталь тәҗрибәләр күрсәткәнчә, металл өслегендә оксидлар булганда, металл өслегендә плазма барлыкка килә. Плазма энергия тыгызлыгы чиктән артканда гына барлыкка килә, бу чыгарылган пычрану катламына яки оксид катламына бәйле. Бу чик эффекты субстрат материалының куркынычсызлыгын тәэмин иткәндә нәтиҗәле чистарту өчен бик мөһим. Плазманың тышкы кыяфәтенең дә икенче чик бар. Әгәр энергия тыгызлыгы бу чиктән артса, субстрат материалы зыян күрәчәк. Субстрат материалының куркынычсызлыгын тәэмин иткәндә нәтиҗәле чистарту өчен, яктылык импульсының энергия тыгызлыгы ике чик арасында булуын тәэмин итү өчен лазер параметрларын хәлгә карап көйләргә кирәк. 2001 елда Дж.М. Ли һ.б. югары куәтле лазерлар фокусланганда плазма шок дулкыннары тудыра дигән үзенчәлекне кулландылар һәм кремний пластинасына параллель нурландыру өчен 2,0 Дж/см2 энергия тыгызлыгы булган импульс лазерын кулландылар (кремний пластиналарының зыян чигеннән күпкә югарырак), кремний пластинасы өслегендә адсорбцияләнгән 1 мкм вольфрам кисәкчәләрен уңышлы чистарттылар. Бу чистарту ысулы лазер плазма шок дулкынын чистарту дип атала, һәм катгый итеп әйткәндә, лазер плазма шок дулкынын чистарту - коры лазер чистарту төре. Бу өч лазер чистарту технологиясенең башлангыч максаты ярымүткәргеч пластиналар өслегендәге вак кисәкчәләрне чистарту иде. Лазер чистарту технологиясе ярымүткәргеч технологиясе үсеше белән барлыкка килде дип әйтергә мөмкин. Ләкин лазер чистарту технологиясе башка өлкәләрдә дә, мәсәлән, шина калыпларын чистартуда, очкыч каплавын буяуны бетерүдә һәм артефакт өслеген торгызуда даими кулланыла. Лазер нурланышы астында инерт газ субстрат өслегенә өрелергә мөмкин. Пычратучылар өслектән аерылгач, алар газ белән шунда ук өслектән очып китә, ​​бу өслекнең кабат пычрануын һәм оксидлашуын булдырмас өчен эшләнә.

...лазер белән чистарту технологиясен куллану

1) Ярымүткәргеч өлкәсендә ярымүткәргеч пластиналарны һәм оптик субстратларны чистарту шул ук процессны үз эченә ала, ягъни чималны кисү, тарту һ.б. аша кирәкле формаларга эшкәртү. Бу процесс барышында кисәкчәле пычраткычлар кертелә, аларны бетерү авыр һәм кабатланган пычрану проблемалары тудыра. Ярымүткәргеч пластиналар өслегендәге пычраткычлар схема тактасын бастыру сыйфатына тәэсир итә ала, шуның белән ярымүткәргеч чипларның гомерен кыскарта. Оптик субстратлар өслегендәге пычраткычлар оптик җайланмалар һәм каплауларның сыйфатына тәэсир итә ала һәм энергиянең тигез булмаган бүленешенә китерергә, гомерен кыскартырга мөмкин. Лазерлы коры чистарту субстрат өслегенә зыян китерергә мөмкин булганлыктан, бу чистарту ысулы ярымүткәргеч пластиналарны һәм оптик субстратларны чистартуда азрак кулланыла. Лазерлы дымлы чистарту һәм лазер плазмасындагы шок дулкынын чистарту бу өлкәдә уңышлырак кулланыла. Сюй Чуаньи һ.б. диэлектрик пленка буларак ультра шома оптик субстратлар өслегенә микромасштаблы махсус магнит буяуны урнаштыруны өйрәнделәр, аннары чистарту өчен импульслы лазер кулландылар. Чистарту эффекты яхшы булды, ләкин берәмлек мәйданга кергән катнашма кисәкчәләре саны артса да, катнашма кисәкчәләренең зурлыгы һәм каплау мәйданы сизелерлек кимеде. Бу ысул ультра шома оптик субстратлар өслегендәге микрокүләмле катнашма кисәкчәләрен нәтиҗәле чистарта ала. Чжан Пин лазер плазмасын чистарту технологиясендә төрле кисәкчә зурлыгындагы пычраткычларның чистарту эффектына эш ераклыгы һәм лазер энергиясенең йогынтысын өйрәнде. Эксперименталь нәтиҗәләр күрсәткәнчә, үткәргеч пыяла субстратлардагы полистирол кисәкчәләре өчен 240 мДж энергия өчен оптималь эш ераклыгы 1,90 мм иде. Лазер энергиясе арткан саен, чистарту эффекты сизелерлек яхшырды, һәм зур кисәкчәле пычраткычларны чистарту җиңелрәк булды.

2) Металл материаллар өлкәсендә металл материал өслекләрен чистарту ярымүткәргеч пластиналарны һәм оптик субстратларны чистартудан аерылып тора. Чистартылырга тиешле пычраткычлар макроскопик категориягә керә. Металл материаллар өслегендәге пычраткычлар, нигездә, оксид катламын (тут катламы), буяу катламын, каплауны һәм башка өстәмәләрне үз эченә ала, һәм аларны органик пычраткычлар (мәсәлән, буяу катламы, каплау) һәм органик булмаган пычраткычлар (мәсәлән, тут катламы) дип бүлергә мөмкин. Металл материал өслеге пычраткычларын чистарту, нигездә, аннан соңгы эшкәртү яки куллану таләпләрен канәгатьләндерү өчен, мәсәлән, эретеп ябыштыру алдыннан титан эретмәсе детальләре өслегеннән якынча 10 мкм оксид катламын алу, самолетларны капиталь ремонтлау вакытында кабат сиптерүне җиңеләйтү өчен тире өслегендәге оригиналь буяу каплавын алу, һәм өслекнең чисталыгын һәм калыпның сыйфатын һәм гомер озынлыгын тәэмин итү өчен резина шина калыпка беркетелгән резина кисәкчәләрен даими чистарту. Металл материалларның зыян чиге аларның өслек пычраткычларының лазер чистарту чигесеннән югарырак. Тиешле көч лазерын сайлау аша яхшырак чистарту эффектына ирешергә мөмкин. Бу технология кайбер өлкәләрдә өлгергән. Ван Лихуа һ.б. алюминий эретмәләре һәм титан эретмәләре өслекләрендәге оксид кабыкларын эшкәртүдә лазер белән чистарту технологиясен куллануны өйрәнделәр. Тикшеренү нәтиҗәләре күрсәткәнчә, 5,1 Дж/см2 энергия тыгызлыгы булган лазерны куллану A5083-111H алюминий эретмәсе өслегендәге оксид катламын чистартырга мөмкинлек бирә, шул ук вакытта нигезнең яхшы сыйфатын саклый ала, ә сканерлау ысулында уртача 100 Вт куәтле импульслы лазерны куллану титан эретмәләре өслегендәге оксид катламын нәтиҗәле чистартырга һәм материал өслегенең катылыгын яхшыртырга мөмкинлек бирә. Ruike Laser, Daqu Laser һәм Shenzhen Chuangxin кебек ил компанияләре шиналар, металл дат катламнары һәм компонентлар өслегендәге май таплары кебек резина калыпларны чистарту өчен киң кулланыла торган лазер белән чистарту җиһазлары эшләделәр.

3) Мәдәни ядкәрләр өлкәсендә, металл һәм таш ядкәрләрне һәм кәгазь өслекләрен чистарту, аларның озын тарихы аркасында өслекләрендә барлыкка килгән пычрак һәм кара таплары кебек пычраткыч матдәләрне бетерү өчен кирәк. Бу пычраткыч матдәләрне ядкәрләрне торгызу өчен бетерергә кирәк. Каллиграфия һәм картиналар кебек кәгазь әсәрләрендә дөрес сакланмаганда, аларның өслекләрендә күгәрек үсә һәм таплар барлыкка китерә. Бу таплар кәгазьнең башлангыч күренешенә җитди тәэсир итә, бигрәк тә югары мәдәни яки тарихи кыйммәткә ия булган кәгазь өчен, бу аның кадерен белүенә һәм саклануына тәэсир итәчәк. Чжао Ин һ.б. кәгазь төргәкләрендәге күгәрек тапларын чистарту өчен ультрафиолет лазерын куллану мөмкинлеген өйрәнделәр. Эксперименталь нәтиҗәләр күрсәткәнчә, бер тапкыр сканерлау өчен 3,2 Дж/мм2 энергия тыгызлыгы булган лазер куллану нечкә тапларны бетерергә мөмкин, ә ике тапкыр сканерлау тапларны тулысынча бетерергә мөмкин. Ләкин, кулланылган лазер энергиясе бик югары булса, тапларны бетергәндә кәгазь төргәгенә зыян китерәчәк. Чжан Сяотун һ.б. лазер вертикаль нурландыру сыек пленка ысулын кулланып алтынсу бронза ядкәрне уңышлы торгыздылар. Чжан Личен һ.б. Хань династиясе чоры сурәтләнгән хатын-кыз керамика фигурасын реставрацияләүдә лазер белән чистарту технологиясен кулландылар. Юань Сяодун һ.б. таш калдыкларын чистартуда лазер белән чистарту технологиясенең йогынтысын өйрәнделәр һәм чистарту алдыннан һәм чистартудан соң комташ гәүдәсенә зыянны, шулай ук ​​кара таплары, төтен һәм буяу пычрануының чистарту йогынтысын чагыштырдылар.

Йомгаклау: Лазер белән чистарту технологиясе - чагыштырмача алдынгы техника, аның аэрокосмик, хәрби техника, электрон һәм электротехника кебек югары төгәллекле өлкәләрдә киң тикшеренүләр һәм куллану перспективалары бар. Хәзерге вакытта лазер белән чистарту технологиясе нәтиҗәле, экологик яктан чиста һәм бик яхшы чистарту күрсәткечләре аркасында кайбер өлкәләрдә уңышлы кулланыла. Аның куллану өлкәләре әкренләп киңәя. Лазер белән чистарту технологиясенең үсеше буяуны бетерү һәм датны бетерү кебек өлкәләрдә генә түгел, ә соңгы елларда металл чыбыклардагы оксид катламын чистарту өчен лазер куллану турында да хәбәрләр бар. Гамәлдәге куллану өлкәләренең киңәюе һәм яңа өлкәләрнең үсеше лазер белән чистарту технологиясенең үсешенең нигезе булып тора. Яңа лазер белән чистарту җиһазларын тикшерү һәм эшләү һәм яңа лазер белән чистарту җиһазларын эшләү төрле функцияләргә китерә. Киләчәктә сәнәгать роботлары белән хезмәттәшлек итү аша тулысынча автоматик лазер белән чистартуга ирешү дә мөмкин. Лазер белән чистарту технологиясенең үсеш тенденциясе түбәндәгечә:

(1) Лазер чистарту технологиясен куллануга юнәлдерү өчен лазер чистарту теориясе буенча тикшеренүләрне көчәйтү. Күп санлы документларны карап чыкканнан соң, лазер чистарту технологиясен хуплаучы өлгергән теоретик система юклыгы ачыкланды, һәм күпчелек тикшеренүләр экспериментларга нигезләнгән. Лазер чистарту теоретик системасын булдыру лазер чистарту технологиясенең алга таба үсеше һәм өлгерүе өчен нигез булып тора.

(2) Гамәлдәге куллану өлкәләрен киңәйтү һәм яңа куллану өлкәләрен үстерү. Лазер белән чистарту технологиясе буяуны бетерү һәм датны бетерү кебек өлкәләрдә уңышлы кулланыла, һәм соңгы елларда металл чыбыклардагы оксид катламын чистарту өчен лазер куллану турында хәбәрләр бар. Гамәлдәге куллану өлкәләрен киңәйтү һәм яңа өлкәләрне үстерү лазер белән чистарту технологиясен үстерү өчен уңдырышлы туфрак булып тора.

(3) Яңа лазер чистарту җиһазларын тикшерү һәм эшләү. Яңа лазер чистарту җиһазларын эшләү аерманы күрсәтәчәк. Бер төре - берничә куллану өлкәсен үз эченә алган билгеле бер универсальлекле җиһазлар, мәсәлән, бер җайланма бер үк вакытта буяуны бетерү һәм датны бетерү функцияләрен башкара ала. Икенче төре - билгеле бер ихтыяҗлар өчен махсуслаштырылган җиһазлар, мәсәлән, кечкенә урыннарда пычраткыч матдәләрне чистарту функциясен башкару өчен махсус җайланмалар яки оптик җепселләр эшләү. Сәнәгать роботлары белән хезмәттәшлек итү аша тулысынча автоматик лазер чистарту да популяр куллану юнәлеше булып тора.