在工件表面污染物中,工件表面附著物與表面之間的結合主要是由于存在以下各種力:共價鍵、雙偶極子、毛細作用、氫鍵、吸附力和靜電力等。其中毛細力、吸附力和靜電力是最難破壞的,激光清洗技術就是要克服這幾種力。
由于物體表面附著物的成分和結構復雜,激光與之作用的機理也各不相同,用于對此作解釋最常用的理論模型有以下幾種:
1光氣化/光分解
激光器產生的激光,經過光學系統的聚光可以實現能量的高度集中,聚焦后的激光束在焦點附近可產生幾千度甚至幾萬度的高溫,使物體表面附著物瞬間氣化或分解。
2光剝離
通過激光的作用使物體表面附著物受熱膨脹,當物體表面附著物的膨脹力大于其與基體之間的吸附力時,物體表面附著物便會從物體的表面脫離。
3光振動
目前,激光清洗設備的結構并沒有統一的標準,需要根據實際的清洗方法、基材和污物的種類、清洗要求的效果等因素來決定,但是,它們在一些基本的結構上還是大致相同的,主要包括激光器、移動平臺、實時監測系統、半/自動控制操作系統及其他輔助系統等部分。
國外激光清洗的去污范圍非常廣泛,從厚銹層到激光表面微細顆粒都可以去除,在去污中涉及激光清洗實驗所使用的設備種類也比較多,所用激光器的波長范圍廣,但激光清洗技術的發展不平衡,有些已實現工業化,有的還處于實驗室階段。
例如國外在激光模具的清洗方面,已經發展到1000 W激光手動清洗機;
電子線路清洗采用248 nm激光,3 W,20 ns,已經工業化;
在芯片領域,采用248 nm,5 W納秒紫外清洗,效果非常好;
在光掩膜,采用紫外激光,已經完全取代傳統化學方法;
在激光除銹、激光除污染物方面,已經規模化應用,而且實驗先于理論。另外在半導體領域、磁頭和絕緣體領域已經開始實驗驗證。
德國Cleanlaser公司近年來致力于研究可以實現塑膠射出模和橡膠硫化模具線上,線上、高溫清洗垢激光清洗設備,下面根據其所使用激光器的功率級別,其中Cleanlaser公司、P-laser公司最為著名,以下介紹幾種典型的激光清洗系統的性能和特點。
Cleanlaser產品類型
激光清洗技術的前景預測:激光清洗技術的出現,開辟了激光技術在工業應用的新領域,它在微電子、建筑、核電站、汽車制造,醫療、文物保護等領域的開發方興未艾,應用市場前景廣闊,我國在大型件激光加工技術領域的應用已初具規模,在鋼鐵除銹和模具去污方面的應用還是空白,而激光清洗技術在汽車制造、建筑等領域的市場仍在開發之中,目前雖然還難以詳細估計激光清洗技術的應用市場份額,但上述領域不少屬于國民經濟的支柱產業,激光清洗技術添入其中后,產生的經濟效益和社會效益是十分可觀的,利用我國現有的激光技術條件,開發配套的激光清洗設備,并使其在短時間內實用化、產業化、是完全可能的,對推動高新技術產業的發展本身亦具有重要意義。 (作者:龔傳波 南京帝耐激光科技有限公司)
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