4．激光表面清洗的原理

脈沖式的Nd:YAG激光清洗的過程依賴于激光器所產生的光脈沖的特性，基于由高強度的光束、短脈沖激光及污染層之間的相互作用所導致的光物理反應。其物理原理可概括如下：

a)激光器發射的光束被需處理表面上的污染層所吸收。

b)大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子體（高度電離的不穩定氣體），產生沖擊波。

c)沖擊波使污染物變成碎片并被剔除。

d)光脈沖寬度必須足夠短，以避免使被處理表面遭到破壞的熱積累。

e)實驗表明當金屬表面上有氧化物時，等離子體產生于金屬表面。

等離子體只在能量密度高于閾值的情況下產生，這個閾值取決于被去除的污染層或氧化層。這個閾值效應對在保證基底材料安全的情況下進行有效清潔非常重要。等離子體的出現還存在第二個閾值。如果能量密度超過這一閾值，則基底材料將被破壞。為在保證基底材料安全的前提下進行有效的清潔，必須根據情況調整激光參數，使光脈沖的能量密度嚴格處于兩個閾值之間。

每個激光脈沖去除一定厚度的污染層。如果污染層比較厚，則需要多個脈沖進行清洗。將表面清洗干凈所需要的脈沖數量取決于表面污染程度。由兩個閾值產生的一個重要結果是清洗的自控性。能量密度高于第一閾值的光脈沖將一直剔除污染物，直到達到基底材料為止。然而，因為其能量密度低于基底材料的破壞閾值，所以基底不會受到破壞。

5．激光清洗的實際應用

激光清洗不但可以用來清洗有機的污染物，也可以用來清洗無機物，包括金屬的銹蝕、金屬微粒、灰塵等。下面介紹一些實際應用情況，這些技術已非常成熟，已被廣泛應用。

51模具的清洗

每年全世界的輪胎生產企業制造數億個輪胎，生產過程中輪胎模具的清洗必須迅速可靠，以節省停機的時間。傳統的清洗方法包括噴沙、超聲波或二氧化碳清洗等，但這些方法通常必須在高熱的模具經數小時冷卻后，再移往清洗設備進行清潔，清潔所需的時間長，并容易損害模具的精度，化學溶劑及噪聲還會產生安全和環保等問題。利用激光清洗方式，由于激光可利用光纖來傳輸，因此在使用上深具彈性；由于激光清洗方式可用光纖連接而將光導至模具的死角或不易清除的部位進行清洗，因此使用方便；由于橡膠并無氣化，因此不會產生有毒害的氣體，影響工作環境的安全。激光清洗輪胎模具的技術已經大量在歐美的輪胎工業中被采用，雖然初期投資成本較高，但可在節省待機時間、避免模具損壞、工作安全及節省原材料上所獲得的收益迅速得到回收。

根據Quantel公司的LASERLASTE激光清洗系在上海雙錢載重輪胎公司生產線上進行的清洗試驗表明，僅需2個小時就可以在線清洗一套大型載重輪胎的模具。和常規清洗方法相比，經濟效益是顯而易見的。

食品工業模具上防粘的彈性膜層需要定期更換以保證衛生，不用化學試劑而使用激光清洗也特別適合這種應用。

5.2武器裝備的清洗

激光清洗技術在武器維護保養上廣泛應用。采用激光清洗系統，可以高效、快捷地清除銹蝕、污染物，并可以對清除部位進行選擇，實現清洗的自動化。采用激光清洗，不但清潔度高于化學清洗工藝，而且對于物體表面幾乎無損害。Quantel公司的LASERLASTE通過設定不同參數，還可以在金屬物體表面形成一層致密的氧化物保護膜或金屬熔融層，提高表面強度和耐腐蝕性。激光清除的廢料對環境基本上不構成污染，還可以進行遠距離操作，有效減少了對操作人員的健康損害。

5.3飛機舊漆的清除

在歐洲激光清洗系統早已應用在航空工業中。飛機的表面過一定時間后要重新噴漆，但是噴漆之前需要將原來的舊漆完全除去。傳統的機械清除油漆法容易對飛機的金屬表面造成損傷，給安全飛行帶來隱患。如采用多個激光清洗系統，可在兩天之內將一架A320空中客車表面的漆層完全除掉，且不會損傷到金屬表面。

5.4樓宇外墻的清洗

隨著我國經濟的飛速發展，越來越多的摩天大樓被建立起來，大樓外墻的清潔問題日益凸現，LASERLASTE激光清洗系統通過最長70米的光纖對建筑物外墻的清洗提供了很好的解決方法，它可以對各種石材、金屬、玻璃上的各種污染物進行有效清洗，且比常規清洗效率高很多倍。還可以對建筑物的各種石材上的黑斑、色斑進行清除。LASERLASTE激光清洗系統在嵩山少林寺對建筑物、石碑進行的清洗試驗表明，采用激光清洗對保護古建筑恢復外觀效果非常好。#p#分頁標題#e#

5.5電子工業中的清洗

電子工業使用激光去除氧化物：電子工業需要高精度地去污，特別適合采用激光去氧化物。在電路板焊接前，元件針腳必須徹底去氧化物以保證最佳的電接觸，在去污過程中還不能損壞針腳。激光清洗可以滿足使用要求，且效率很高，一個針腳只需照射一次激光。

5.6精密機械工業中的精確去酯清洗：

精密機械工業常常需對零件上用來潤滑和抗腐蝕的酯類及礦物油加以清除，通常是用化學方法，而化學清洗往往仍有殘留物。激光去酯可以將酯類及礦物油完全去除，不損傷零件表面。其污染物去除是由沖擊波完成，零件表面氧化物薄層爆炸性氣化形成了沖擊波，導致污物去除，而非機械互作用。材料徹底去酯用于航天工業機械零件的清理。機械零件加工中的油酯去除同樣可采用激光清洗。

5.7核電站反應堆內管道清洗：

激光清洗系統還應用于核電站反應堆內管道的清洗。它采用光導纖維，將高功率激光束引入反應堆內部，直接清除放射性粉塵，清洗下來的物質清理方便。

而且由于是遠距離操作，可以確保工作人員的安全。

綜上所述，激光清洗在很多領域發揮著重要作用，并且在汽車制造、半導體晶圓片清洗、精密零件加工制造、軍事裝備清洗、建筑物外墻清洗、文物保護、電路板清洗、精密零件加工制造、液晶顯示器清洗、口香糖殘跡去除等領域均可發揮重要作用。