Yr egwyddor, y mathau a'r cymwysiadau oglanhau lasertechnoleg
Mae technoleg glanhau laser yn gymhwysiad llwyddiannus o dechnoleg laser ym maes peirianneg. Ei hegwyddor sylfaenol yw defnyddio dwysedd ynni uchel laser i ryngweithio â'r halogion sy'n glynu wrth swbstrad y darn gwaith, gan achosi iddynt wahanu oddi wrth y swbstrad ar ffurf ehangu thermol ar unwaith, toddi ac anweddu nwy. Nodweddir technoleg glanhau laser gan effeithlonrwydd uchel, cyfeillgarwch amgylcheddol a chadwraeth ynni. Fe'i cymhwyswyd yn llwyddiannus mewn meysydd fel glanhau llwydni teiars, tynnu paent corff awyrennau ac adfer gweddillion diwylliannol.
Mae technolegau glanhau traddodiadol yn cynnwysglanhau ffrithiant mecanyddol(glanhau â thywod-chwythu, glanhau jet dŵr pwysedd uchel, ac ati), glanhau cyrydiad cemegol, glanhau uwchsonig, glanhau iâ sych, ac ati. Defnyddiwyd y technolegau glanhau hyn yn helaeth mewn amrywiol ddiwydiannau. Er enghraifft, gall glanhau â thywod-chwythu gael gwared ar smotiau rhwd metel, byrrau arwyneb metel, a farnais triphlyg ar fyrddau cylched trwy ddewis sgraffinyddion o wahanol galedwch. Defnyddir technoleg glanhau cyrydiad cemegol yn helaeth wrth lanhau staeniau olew ar arwynebau offer, graddfa mewn boeleri, a phiblinellau olew. Er bod y technolegau glanhau hyn wedi'u datblygu'n dda, mae ganddynt rai problemau o hyd. Er enghraifft, gall glanhau â thywod-chwythu achosi niwed i'r wyneb a driniwyd yn hawdd, a gall glanhau cyrydiad cemegol achosi llygredd amgylcheddol a chyrydiad yr wyneb wedi'i lanhau os na chaiff ei drin yn iawn. Mae ymddangosiad technoleg glanhau laser yn cynrychioli chwyldro mewn technoleg glanhau. Mae'n manteisio ar y dwysedd ynni uchel, y cywirdeb uchel, a'r trosglwyddiad effeithlon o ynni laser, ac mae ganddo fanteision amlwg dros dechnolegau glanhau traddodiadol o ran effeithlonrwydd glanhau, cywirdeb glanhau, a lleoliad glanhau. Gall osgoi llygredd amgylcheddol a achosir gan lanhau cyrydiad cemegol a thechnolegau glanhau eraill yn effeithiol, ac ni fydd yn achosi niwed i'r swbstrad.
Felly beth yw glanhau laser? Mae glanhau laser yn broses lle defnyddir trawst laser i dynnu deunydd oddi ar wyneb solid (neu weithiau hylif). Ar fflwcs laser isel, mae'r deunydd yn cael ei gynhesu gan yr egni laser sy'n cael ei amsugno ac yn anweddu neu'n dyrchafu. Ar fflwcs laser uchel, mae'r deunydd fel arfer yn troi'n plasma. Fel arfer, mae glanhau laser yn cyfeirio at dynnu deunydd gan ddefnyddio laserau pwls, ond os yw dwyster y laser yn ddigon uchel, gellir defnyddio trawst laser ton barhaus i abladu'r deunydd. Defnyddir laser excimer golau uwchfioled dwfn yn bennaf ar gyfer abladiad optegol. Mae tonfedd y laser a ddefnyddir ar gyfer abladiad optegol tua 200nm. Mae dyfnder amsugno egni'r laser a faint o ddeunydd a dynnir gan un pwls laser yn dibynnu ar briodweddau optegol y deunydd, yn ogystal â thonfedd y laser a hyd y pwls. Fel arfer, gelwir y cyfanswm màs a abladir o'r targed gan bob pwls laser yn gyfradd abladiad. Bydd cyflymder sganio'r trawst laser a gorchudd y llinell sganio, ac ati, yn effeithio'n sylweddol ar y broses abladiad.
Mathau o Dechnoleg Glanhau Laser
1) Glanhau sych laser: Mae glanhau laser sych yn cyfeirio at arbelydru'r darn gwaith glanhau yn uniongyrchol gan laser pwls, gan achosi i halogion y sylfaen neu'r wyneb amsugno ynni a chynyddu mewn tymheredd, gan arwain at ehangu thermol neu ddirgryniad thermol y sylfaen, a thrwy hynny wahanu'r ddau. Gellir rhannu'r dull hwn yn fras yn ddau sefyllfa: un yw bod halogion yr wyneb yn amsugno ynni laser ac yn ehangu; y llall yw bod y sylfaen yn amsugno ynni laser ac yn cynhyrchu dirgryniad thermol. Ym 1969, darganfu SM Bedair et al. fod gan wahanol ddulliau trin wyneb fel triniaeth wres, cyrydiad cemegol, a glanhau â thywod-chwythu anfanteision gwahanol. Ar yr un pryd, gall y dwysedd ynni uchel ar ôl canolbwyntio â laser wneud ffenomen anweddiad wyneb deunydd yn bosibl, sy'n galluogi'r posibilrwydd o lanhau wyneb y deunydd yn anninistriol. Trwy arbrofion, canfuwyd y gall defnyddio laser Q-switched ruby gyda dwysedd pŵer o 30 MW/cm2 gyflawni glanhau halogion wyneb deunydd silicon heb niweidio'r sylfaen, ac am y tro cyntaf, gwireddwyd glanhau sych laser o halogion wyneb deunydd. Gellir mynegi'r gyfradd gyffredinol gan gyfradd datgysylltu darnau haen ffilm, fel a ganlyn:
Yn y fformiwla, mae ε yn cynrychioli mynegai ynni pwls y laser, mae h yn cynrychioli mynegai trwch yr haen ffilm llygrydd, ac mae E yn cynrychioli mynegai modwlws elastig yr haen ffilm.
2) Glanhau Gwlyb Laser: Cyn i'r darn gwaith i'w lanhau gael ei amlygu i'r laser pwls, rhoddir ffilm hylif cyn-gorchuddio arwyneb. O dan weithred y laser, mae tymheredd y ffilm hylif yn codi'n gyflym ac yn anweddu. Ar adeg yr anweddiad, cynhyrchir ton effaith, sy'n gweithredu ar y gronynnau llygrydd ac yn eu gwneud yn rhydd o'r swbstrad. Mae'r dull hwn yn ei gwneud yn ofynnol nad yw'r swbstrad a'r ffilm hylif yn adweithio â'i gilydd, gan gyfyngu ar yr ystod o ddeunyddiau cymwys. Ym 1991, aeth K. Imen et al. i'r afael â phroblem llygryddion gronynnau is-micron gweddilliol ar wynebau wafferi lled-ddargludyddion a deunyddiau metel ar ôl defnyddio dulliau glanhau traddodiadol, ac astudiodd gymhwyso ffilm gorchuddio ar wyneb y swbstrad deunydd a all amsugno ynni laser yn effeithlon. Wedi hynny, gan ddefnyddio laser CO2, amsugnodd y ffilm ynni'r laser a chynyddodd yn gyflym mewn tymheredd a berwodd, gan gynhyrchu anweddiad ffrwydrol, a dynnodd y llygryddion o wyneb y swbstrad. Gelwir y dull glanhau hwn yn lanhau gwlyb laser.
3) Glanhau Tonnau Sioc Plasma Laser: Cynhyrchir tonnau sioc plasma laser pan fydd y laser yn arbelydru'r cyfrwng aer ac yn achosi i don sioc plasma sfferig gael ei ffurfio. Mae'r don sioc yn gweithredu ar wyneb y darn gwaith i'w lanhau ac yn rhyddhau egni i gael gwared ar y llygryddion. Nid yw'r laser yn gweithredu ar y swbstrad, felly nid yw'n achosi niwed i'r swbstrad. Gall y dechnoleg glanhau tonnau sioc plasma laser bellach lanhau gronynnau â diamedrau o sawl deg o nanometr, ac nid oes unrhyw gyfyngiadau ar donfedd y laser. Gellir crynhoi egwyddor ffisegol glanhau plasma fel a ganlyn: a) Mae'r trawst laser a allyrrir gan y laser yn cael ei amsugno gan yr haen halogiad ar yr wyneb a driniwyd. b) Mae'r swm mawr o amsugno yn ffurfio plasma sy'n ehangu'n gyflym (nwy ansefydlog wedi'i ïoneiddio'n fawr) ac yn cynhyrchu ton effaith. c) Mae'r don effaith yn achosi i'r llygryddion ddarnio a chael eu tynnu. d) Rhaid i led pwls y pwls golau fod yn ddigon byr i osgoi cronni thermol a allai niweidio'r wyneb a driniwyd. e) Mae arbrofion wedi dangos pan fydd ocsidau ar yr wyneb metel, bod plasma yn cael ei gynhyrchu ar yr wyneb metel. Dim ond pan fydd y dwysedd ynni'n fwy na'r trothwy y cynhyrchir plasma, sy'n dibynnu ar yr haen halogiad neu'r haen ocsid a dynnwyd. Mae'r effaith trothwy hon yn bwysig iawn ar gyfer glanhau effeithiol wrth sicrhau diogelwch y deunydd swbstrad. Mae gan ymddangosiad plasma ail drothwy hefyd. Os yw'r dwysedd ynni'n fwy na'r trothwy hwn, bydd y deunydd swbstrad yn cael ei ddifrodi. I gyflawni glanhau effeithiol wrth sicrhau diogelwch y deunydd swbstrad, rhaid addasu'r paramedrau laser yn ôl y sefyllfa i sicrhau bod dwysedd ynni'r pwls golau yn llym rhwng y ddau drothwy. Yn 2001, defnyddiodd JM Lee et al. y nodwedd bod laserau pŵer uchel yn cynhyrchu tonnau sioc plasma wrth ganolbwyntio, a defnyddio laser pwls gyda dwysedd ynni o 2.0 J/cm2 (llawer uwch na throthwy difrod wafers silicon) i belydru'n gyfochrog â'r wafer silicon, gan lanhau gronynnau twngsten 1 μm sydd wedi'u hamsugno ar wyneb y wafer silicon yn llwyddiannus. Gelwir y dull glanhau hwn yn glanhau tonnau sioc plasma laser, ac yn fanwl gywir, mae glanhau tonnau sioc plasma laser yn fath o lanhau laser sych. Pwrpas gwreiddiol y tair technoleg glanhau laser hyn oedd glanhau'r gronynnau bach ar wyneb wafferi lled-ddargludyddion. Gellir dweud bod technoleg glanhau laser wedi dod i'r amlwg gyda datblygiad technoleg lled-ddargludyddion. Fodd bynnag, mae technoleg glanhau laser wedi cael ei chymhwyso'n barhaus i feysydd eraill, megis glanhau llwydni teiars, tynnu paent croen awyrennau, ac adfer wyneb arteffactau. Tra o dan ymbelydredd laser, gellir chwythu nwy anadweithiol ar wyneb y swbstrad. Pan fydd yr halogion yn cael eu plicio oddi ar yr wyneb, byddant yn cael eu chwythu oddi ar yr wyneb ar unwaith gan y nwy i osgoi ail-lygru ac ocsideiddio'r wyneb.
Ycymhwyso technoleg glanhau laser
1) Ym maes lled-ddargludyddion, mae glanhau wafferi lled-ddargludyddion a swbstradau optegol yn cynnwys yr un broses, sef prosesu'r deunyddiau crai i'r siapiau gofynnol trwy dorri, malu, ac ati. Yn ystod y broses hon, cyflwynir halogion gronynnol, sy'n anodd eu tynnu ac yn achosi problemau halogiad difrifol dro ar ôl tro. Gall yr halogion ar wyneb wafferi lled-ddargludyddion effeithio ar ansawdd argraffu bwrdd cylched, a thrwy hynny fyrhau oes sglodion lled-ddargludyddion. Gall yr halogion ar wyneb swbstradau optegol effeithio ar ansawdd dyfeisiau optegol a haenau, a gallant arwain at ddosbarthiad ynni anwastad, gan fyrhau'r oes. Gan fod glanhau sych laser yn dueddol o achosi niwed i wyneb y swbstrad, defnyddir y dull glanhau hwn yn llai aml wrth lanhau wafferi lled-ddargludyddion a swbstradau optegol. Mae gan lanhau gwlyb laser a glanhau tonnau sioc plasma laser gymwysiadau mwy llwyddiannus yn y maes hwn. Astudiodd Xu Chuanyi et al. ddyddodiad paent magnetig arbennig ar raddfa ficro ar wyneb swbstradau optegol hynod o esmwyth fel ffilm dielectrig, ac yna defnyddio laser pwls ar gyfer glanhau. Roedd yr effaith glanhau yn dda, er bod nifer y gronynnau amhuredd fesul uned arwynebedd wedi cynyddu, a bod maint ac arwynebedd gorchudd y gronynnau amhuredd wedi'u lleihau'n sylweddol. Gall y dull hwn lanhau'r gronynnau amhuredd micro-raddfa yn effeithiol ar wyneb swbstradau optegol hynod esmwyth. Astudiodd Zhang Ping ddylanwad pellter gweithio ac egni laser ar effaith glanhau halogion o wahanol feintiau gronynnau mewn technoleg glanhau plasma laser. Dangosodd y canlyniadau arbrofol, ar gyfer gronynnau polystyren ar swbstradau gwydr dargludol, mai'r pellter gweithio gorau posibl ar gyfer egni o 240 mJ oedd 1.90 mm. Wrth i egni'r laser gynyddu, gwellodd yr effaith glanhau yn sylweddol, ac roedd halogion gronynnau mawr yn haws i'w glanhau.
2) Ym maes deunyddiau metel, mae glanhau arwynebau deunyddiau metel yn wahanol i lanhau wafferi lled-ddargludyddion a swbstradau optegol. Mae'r halogion i'w glanhau yn perthyn i'r categori macrosgopig. Mae'r halogion ar wyneb deunyddiau metel yn cynnwys haen ocsid (haen rhwd), haen baent, cotio, ac atodiadau eraill yn bennaf, a gellir eu dosbarthu'n halogion organig (megis haen baent, cotio) a halogion anorganig (megis haen rhwd). Mae glanhau halogion wyneb deunydd metel yn bennaf i fodloni gofynion prosesu neu ddefnydd dilynol, megis tynnu tua 10 μm o haen ocsid o wyneb rhannau aloi titaniwm cyn weldio, tynnu'r cotio paent gwreiddiol ar wyneb y croen yn ystod atgyweiriadau mawr awyrennau i hwyluso ail-chwistrellu, a glanhau'r gronynnau rwber sydd ynghlwm wrth y mowld teiar rwber yn rheolaidd i sicrhau glendid yr wyneb ac ansawdd a hyd oes y mowld. Mae trothwy difrod deunyddiau metel yn uwch na throthwy glanhau laser eu halogion wyneb. Trwy ddewis laser pŵer priodol, gellir cyflawni effaith glanhau well. Mae'r dechnoleg hon wedi'i chymhwyso'n aeddfed mewn rhai meysydd. Wang Lihua et al. astudiodd gymhwyso technoleg glanhau laser wrth drin croen ocsid ar wynebau aloion alwminiwm ac aloion titaniwm. Dangosodd canlyniadau'r ymchwil y gallai defnyddio laser â dwysedd ynni o 5.1 J/cm2 lanhau'r haen ocsid ar wyneb aloi alwminiwm A5083-111H wrth gynnal ansawdd da'r swbstrad, a gallai defnyddio laser pwls â phŵer cyfartalog o 100 W mewn modd sganio lanhau'r haen ocsid yn effeithiol ar wyneb aloion titaniwm a gwella caledwch wyneb y deunydd. Mae cwmnïau domestig fel Ruike Laser, Daqu Laser, a Shenzhen Chuangxin wedi datblygu offer glanhau laser sydd wedi'i ddefnyddio'n helaeth ar gyfer glanhau mowldiau rwber fel teiars, haenau rhwd metel, a staeniau olew ar wyneb cydrannau.
3) Ym maes creiriau diwylliannol, mae angen glanhau creiriau metel a cherrig ac arwynebau papur i gael gwared ar halogion fel baw a staeniau inc sy'n ymddangos ar eu harwynebau oherwydd eu hanes hir. Mae angen cael gwared ar yr halogion hyn i adfer y creiriau. Ar gyfer gweithiau papur fel caligraffi a phaentiadau, pan gânt eu storio'n amhriodol, mae llwydni'n tyfu ar eu harwynebau ac yn ffurfio smotiau. Mae'r smotiau hyn yn effeithio'n ddifrifol ar ymddangosiad gwreiddiol y papur, yn enwedig ar gyfer papur â gwerth diwylliannol neu hanesyddol uchel, a fydd yn effeithio ar ei werthfawrogiad a'i ddiogelwch. Astudiodd Zhao Ying et al. ymarferoldeb defnyddio laser uwchfioled i lanhau smotiau llwydni ar sgroliau papur. Dangosodd y canlyniadau arbrofol y gallai defnyddio laser â dwysedd ynni o 3.2 J/mm2 i sganio unwaith gael gwared ar smotiau tenau, a gallai sganio ddwywaith gael gwared ar y smotiau'n llwyr. Fodd bynnag, os yw'r ynni laser a ddefnyddir yn rhy uchel, bydd yn niweidio'r sgrôl bapur wrth gael gwared ar y smotiau. Llwyddodd Zhang Xiaotong et al. i adfer creiriau efydd aur gan ddefnyddio'r dull ffilm hylif arbelydru fertigol laser. Defnyddiodd Zhang Licheng et al. dechnoleg glanhau laser wrth adfer ffiguryn crochenwaith benywaidd wedi'i baentio o Frenhinllin Han. Yuan Xiaodong et al. astudiodd effaith technoleg glanhau laser wrth lanhau gweddillion carreg a chymharodd y difrod i gorff y tywodfaen cyn ac ar ôl glanhau, yn ogystal ag effeithiau glanhau staeniau inc, llygredd mwg, a llygredd paent.
Casgliad: Mae technoleg glanhau laser yn dechneg gymharol ddatblygedig, gyda rhagolygon ymchwil a chymhwyso eang mewn meysydd manwl gywir fel awyrofod, offer milwrol, a pheirianneg electronig a thrydanol. Ar hyn o bryd, mae technoleg glanhau laser wedi'i chymhwyso'n llwyddiannus mewn rhai meysydd, diolch i'w pherfformiad glanhau effeithlon, ecogyfeillgar a rhagorol. Mae ei meysydd cymhwyso yn ehangu'n raddol. Nid yn unig y mae datblygiad technoleg glanhau laser wedi'i chymhwyso'n aeddfed mewn meysydd fel tynnu paent a thynnu rhwd, ond hefyd bu adroddiadau am ddefnyddio laser i lanhau'r haen ocsid ar wifrau metel yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Ehangu meysydd cymhwyso presennol a datblygu meysydd newydd yw sylfaen datblygiad technoleg glanhau laser. Bydd ymchwil a datblygu offer glanhau laser newydd a datblygu offer glanhau laser newydd yn dangos gwahaniaethu, gan arwain at amrywiol swyddogaethau. Yn y dyfodol, mae cyflawni glanhau laser cwbl awtomatig trwy gydweithrediad â robotiaid diwydiannol hefyd yn gyraeddadwy. Dyma duedd datblygu technoleg glanhau laser:
(1) Cryfhau'r ymchwil ar theori glanhau laser i arwain y defnydd o dechnoleg glanhau laser. Ar ôl adolygu nifer fawr o ddogfennau, canfuwyd nad oes system ddamcaniaethol aeddfed sy'n cefnogi technoleg glanhau laser, ac mae'r rhan fwyaf o astudiaethau'n seiliedig ar arbrofion. Sefydlu system ddamcaniaethol glanhau laser yw'r sylfaen ar gyfer datblygiad ac aeddfedrwydd pellach technoleg glanhau laser.
(2) Ehangu meysydd cymhwysiad presennol a meysydd cymhwysiad newydd. Mae technoleg glanhau laser wedi'i chymhwyso'n llwyddiannus mewn meysydd fel tynnu paent a thynnu rhwd, ac mae adroddiadau wedi bod am ddefnyddio laser i lanhau'r haen ocsid ar wifrau metel yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Mae ehangu meysydd cymhwysiad presennol a datblygu meysydd newydd yn bridd ffrwythlon ar gyfer datblygu technoleg glanhau laser.
(3) Ymchwil a datblygu offer glanhau laser newydd. Bydd datblygu offer glanhau laser newydd yn dangos gwahaniaeth. Un math yw offer gyda chyffredinolrwydd penodol sy'n cwmpasu sawl maes cymhwysiad, fel y gall un ddyfais gyflawni swyddogaethau tynnu paent a thynnu rhwd ar yr un pryd. Y math arall yw offer arbenigol ar gyfer anghenion penodol, megis dylunio gosodiadau penodol neu ffibrau optegol i gyflawni'r swyddogaeth ar gyfer glanhau llygryddion mewn mannau bach. Trwy gydweithrediad â robotiaid diwydiannol, mae glanhau laser cwbl awtomatig hefyd yn gyfeiriad cymhwysiad poblogaidd.
Amser postio: Gorff-17-2025
