Lazerli tozalash texnologiyasimuhandislik sohasida lazer texnologiyasining muvaffaqiyatli qo'llanilishi hisoblanadi. Uning asosiy printsipi lazer nurlari va ish qismi substratlariga yopishgan ifloslantiruvchi moddalar o'rtasidagi o'zaro ta'sirni ta'minlash uchun lazerlarning yuqori energiya zichligidan foydalanadi. Ifloslantiruvchi moddalar substratlardan bir zumda issiqlik kengayishi, erish, gazning uchib ketishi va boshqa mexanizmlar orqali ajratiladi. Yuqori samaradorlik, ekologik tozalik va energiyani tejashga ega bo'lgan lazerli tozalash texnologiyasi shinalar qoliplarini tozalash, samolyot kuzovi bo'yog'ini olib tashlash, madaniy yodgorliklarni tiklash va boshqa sohalarda muvaffaqiyatli qo'llanilmoqda.
An'anaviy tozalash texnologiyalariga mexanik ishqalanish bilan tozalash (qum bilan tozalash, yuqori bosimli suv oqimi bilan tozalash va boshqalar), kimyoviy korroziyani tozalash, ultratovushli tozalash, quruq muz bilan tozalash va boshqalar kiradi. Ushbu texnologiyalar sanoatda keng qo'llaniladi. Masalan, qum bilan tozalash turli qattiqlikdagi abrazivlarni tanlash orqali elektron platalardagi metall zang dog'larini, sirt burmalar va konformal qoplamalarni olib tashlashi mumkin. Kimyoviy korroziyani tozalash uskunaning sirt moyi qoldiqlarini olib tashlash, qozon qoldiqlarini tozalash va moy quvurlarining tiqilib qolishini tozalash uchun keng qo'llaniladi. Yetuk bo'lishiga qaramay, an'anaviy usullarning sezilarli kamchiliklari bor: qum bilan tozalash ishlov berilgan sirtlarga osongina zarar yetkazadi va kimyoviy korroziyani tozalash atrof-muhit ifloslanishiga olib keladi va noto'g'ri ishlatilsa, substratlarni zanglashi mumkin. Lazerli tozalashning paydo bo'lishi tozalash texnologiyasida inqilobni anglatadi. Lazerlarning yuqori energiya zichligi, aniqligi va samarali uzatishidan foydalangan holda, lazerli tozalash tozalash samaradorligi, aniqligi va joylashuvi bo'yicha an'anaviy usullardan ustun turadi. U kimyoviy tozalashdan atrof-muhit ifloslanishini yo'q qiladi va substratlarga hech qanday zarar yetkazmaydi.
Lazerli tozalash tamoyillari
Lazer bilan tozalash nima? Bu lazer nurlari bilan qattiq (yoki ba'zan suyuq) sirtlardan materiallarni olib tashlash jarayonini anglatadi. Past lazer oqimida so'rilgan lazer energiyasi materiallarni isitadi va bug'lanish yoki sublimatsiyaga olib keladi. Yuqori lazer oqimida materiallar odatda plazmaga aylanadi. Lazer bilan tozalash odatda materiallarni olib tashlash uchun impulsli lazerlardan foydalanadi, ammo uzluksiz to'lqinli lazer nurlari materiallarni yetarli intensivlikda ablatsiya qilishi mumkin. To'lqin uzunligi taxminan 200 nm bo'lgan chuqur ultrabinafsha eksimer lazerlari asosan fotoablatsiya uchun ishlatiladi.
Chuqurliklazer energiyasiYutilish va har bir impulsda olib tashlangan material miqdori materialning optik xususiyatlariga, shuningdek, lazer to'lqin uzunligi va impuls davomiyligiga bog'liq. Har bir impulsda nishondan ablatsiya qilingan umumiy massa ablatsiya tezligi sifatida aniqlanadi. Skanerlash tezligi va chiziq qoplamasi kabi lazer nurlanishining xususiyatlari ablatsiya jarayoniga sezilarli ta'sir ko'rsatadi.
Lazerli tozalash texnologiyasining turlari
1) Lazerli quruq tozalash
Lazerli quruq tozalash quyidagilarni o'z ichiga oladiIsh qismlarini to'g'ridan-to'g'ri impulsli lazer nurlanishi. Ifloslantiruvchi moddalar yoki substratlar lazer energiyasini yutadi, ularning haroratini oshiradi va ifloslantiruvchi moddalarni substratlardan ajratib turadigan termal kengayish yoki substrat termal tebranishini keltirib chiqaradi. Bu ikki stsenariyda sodir bo'ladi: yoki sirt ifloslantiruvchi moddalar lazer energiyasini yutadi va kengayadi, yoki substratlar energiyani yutadi va termal tebranadi.
1969-yilda SM Bedair va boshqalar an'anaviy sirt ishlov berish usullarining (issiqlik bilan ishlov berish, kimyoviy korroziya, qum bilan tozalash) barchasi cheklovlarga ega ekanligini aniqladilar. Ular fokuslangan lazerlarning yuqori energiya zichligi sirt materiallarini substratlarga zarar yetkazmasdan bug'lantirishi mumkinligini kuzatdilar. Tajribalar shuni tasdiqladiki, 30 MVt/sm² quvvat zichligiga ega Q-switchli yoqut lazer kremniy sirtlaridan ifloslantiruvchi moddalarni substratga zarar yetkazmasdan tozalashi mumkin, bu lazerli quruq tozalashning birinchi qo'llanilishi bo'ldi.
Umumiy tozalash tezligi plyonka qoldiqlarini ajratish tezligi orqali ifodalanishi mumkin, bu quyida ko'rsatilgan:
(Formula: ε — lazer impulsi energiya indeksi; h — ifloslantiruvchi plyonka qalinligi indeksi; E — plyonka elastiklik moduli indeksi)
2) Lazerli nam tozalash
Pulsli lazer nurlanishidan oldin, ish qismi yuzasiga suyuq plyonka oldindan qoplanadi. Lazer energiyasi plyonkani tezda qizdiradi va bug'lantiradi, bu esa ifloslantiruvchi zarralarni substratdan ajratib oluvchi bir zumda zarba to'lqinini hosil qiladi. Bu usul substrat va suyuq plyonka o'rtasida kimyoviy reaksiya talab qilmaydi, bu esa uning qo'llaniladigan materiallarini cheklaydi.
1991-yilda K. Imen va boshqalar an'anaviy tozalashdan so'ng yarimo'tkazgichli plastinkalar va metallardagi qoldiq submikron ifloslantiruvchi moddalarni bartaraf etishdi. Ular substratlarni lazer yutuvchi plyonka bilan qopladilar va uni CO₂ lazer bilan nurlantirdilar. Plyonka energiyani yutadi, tez qiziydi, qaynatiladi va portlovchi bug'lanishga uchraydi, sirt ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlaydi - bu lazerli nam tozalashni belgilaydi.
3) Lazerli plazma zarba to'lqinlarini tozalash
Lazer plazma zarba to'lqinlari lazerlar nurlanish paytida havoni sferik plazma zarba to'lqinlariga ionlashtirganda hosil bo'ladi. Bu zarba to'lqinlari substratlarga uriladi va substratga zarar yetkazmasdan ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash uchun energiya chiqaradi (lazerlar substratlar bilan bevosita o'zaro ta'sir qilmaydi). Ushbu texnologiya o'nlab nanometrlargacha bo'lgan kichik zarrachalarni tozalaydi va lazer to'lqin uzunligiga hech qanday cheklovlar qo'ymaydi.
Plazma tozalashning fizik tamoyillari quyidagicha umumlashtiriladi:
a) Lazer nurlari nishon yuzasidagi ifloslantiruvchi qatlam tomonidan yutiladi.
b) Yuqori energiya yutilishi tez kengayadigan plazma (yuqori darajada ionlangan beqaror gaz) hosil qiladi va zarba to'lqinlarini hosil qiladi.
c) Shok to'lqinlari ifloslantiruvchi moddalarni parchalaydi va olib tashlaydi.
d) Lazer impulslari substratga zarar yetkazadigan issiqlik to'planishining oldini olish uchun etarlicha qisqa bo'lishi kerak.
e) Tajribalar oksidlar mavjud bo'lganda metall yuzalarida plazma shakllarini ko'rsatadi.
Plazma hosil bo'lishi faqat energiya zichligi chegarasidan yuqori bo'lgan qiymatdan yuqori bo'lib, bu olib tashlanishi kerak bo'lgan ifloslantiruvchi yoki oksid qatlamiga bog'liq. Ikkinchi yuqori chegara mavjud bo'lib, undan oshib ketganda substrat shikastlanadi. Substratga zarar yetkazmasdan samarali tozalashni ta'minlash uchun impuls energiyasi zichligini ikki chegara o'rtasida ushlab turish uchun lazer parametrlarini sozlash kerak.
2001-yilda JM Li va boshqalar yuqori quvvatli fokuslangan lazerlardan plazma zarba to'lqinlaridan foydalandilar. Energiya zichligi 2,0 J/sm² bo'lgan (kremniyning zararlanish chegarasidan ancha yuqori) impulsli lazer kremniy plastinkalarini parallel ravishda nurlantirdi va 1 mkm volfram zarralarini muvaffaqiyatli olib tashladi. Qat'iy aytganda, lazerli plazma zarba to'lqinlarini tozalash quruq tozalashning bir qismidir.
Dastlab yarimo'tkazgichli plastinkalardan mikroskopik zarrachalarni olib tashlash uchun ishlab chiqilgan ushbu uchta lazerli tozalash texnologiyasi shinalar qolipini tozalash, samolyot terisi bo'yog'ini olib tashlash, madaniy yodgorliklarni tiklash va boshqa sohalarga kengaydi. Lazer nurlanishi paytida substratlarga inert gaz puflanishi mumkin, bu esa ajratilgan ifloslantiruvchi moddalarni darhol olib tashlaydi, bu esa qayta ifloslanish va oksidlanishning oldini oladi.
Lazerli tozalash texnologiyasining qo'llanilishi
1) Yarimo'tkazgichlar sanoati: Yarimo'tkazgichli plitalar va optik substratlarni tozalash
Yarimo'tkazgichli plastinkalar va optik substratlar kerakli shakllarni hosil qilish uchun bir xil ishlov berish bosqichlaridan (kesish, maydalash) o'tadi, bu esa olib tashlash qiyin va qayta ifloslanishga moyil bo'lgan zarrachali ifloslantiruvchi moddalarni kiritadi. Plitalardagi ifloslantiruvchi moddalar sxema bosma sifatini pasaytiradi va chiplarning ishlash muddatini qisqartiradi. Optik substratlarda ular optik qurilma va qoplamaning ishlashini yomonlashtiradi, bu esa energiyaning notekis taqsimlanishiga va xizmat muddatini qisqartirishga olib keladi.
Lazerli quruq tozalash bu yerda substratning shikastlanish xavfi tufayli kamdan-kam hollarda qo'llaniladi, ho'l tozalash va plazma zarba to'lqini bilan tozalash esa ko'plab muvaffaqiyatli qo'llanmalarga ega. Xu Chuanyi va boshqalar mikron o'lchamli magnit bo'yoqni ultra silliq optik substratlarga dielektrik plyonka sifatida qo'llashdi va samarali impulsli lazerli tozalashga erishdilar. Umumiy aralashma zarralari oshsa-da, ularning hajmi va qoplamasi sezilarli darajada kamaydi. Chjan Ping ish masofasi va lazer energiyasining turli o'lchamdagi zarrachalarni tozalash samaradorligiga ta'sirini o'rganib chiqdi. Tajribalar shuni ko'rsatdiki, 240 mJ lazer o'tkazuvchan oynadagi polistirol zarralarini 1,90 mm ish masofasida optimal tozalashga erishdi. Tozalash samaradorligi yuqori lazer energiyasi bilan yaxshilandi va kattaroq zarrachalarni olib tashlash osonroq bo'ldi.
2) Metall sanoati: Metall sirtini tozalash
Metall sirtini tozalash makroskopik ifloslantiruvchi moddalarni: oksid/zang qatlamlarini, bo'yoq, qoplamalar va boshqa qo'shimchalarni, organik (bo'yoq, qoplamalar) yoki noorganik (zang) ifloslantiruvchi moddalar sifatida tasniflaydi. Tozalash keyingi ishlov berish/foydalanish talablariga javob beradi: masalan, payvandlashdan oldin titan qotishmalaridan 10 mkm qalinlikdagi oksid qatlamlarini olib tashlash, samolyot qoplamalaridan qayta bo'yash uchun bo'yoqni olib tashlash va mahsulot sifati va qolipning ishlash muddatini ta'minlash uchun shinalar qoliplaridan rezina qoldiqlarini tozalash.
Metalllarning ifloslantiruvchi moddalarni tozalash chegaralariga qaraganda yuqoriroq zarar chegaralari mavjud, bu esa tegishli quvvatga ega lazerlar bilan samarali tozalash imkonini beradi. Yetuk qo'llanilish sohalari quyidagilarni o'z ichiga oladi: Wang Lihua va boshqalar 5,1 J/sm² lazer A5083-111H alyuminiy qotishmasidan oksid qatlamlarini olib tashlaganini va substrat sifatini saqlab qolganini va 100 Vt impulsli lazer titan qotishmasi oksid qatlamlarini samarali tozalaganini va sirt qattiqligini oshirganini ko'rsatdilar. Mahalliy ishlab chiqaruvchilar (Raycus Laser, Han's Laser, Shenzhen Chuangxin) rezina qoliplar, metall zanglari va qism moylarini olib tashlash uchun lazer tozalash uskunalarini keng yetkazib berishadi.
3) Madaniy yodgorliklarni saqlash: Madaniy yodgorliklar va qog'oz buyumlarni tozalash
Metall va tosh madaniy yodgorliklari vaqt o'tishi bilan axloqsizlik, siyoh dog'lari va boshqa ifloslantiruvchi moddalarni to'playdi, bu esa asl ko'rinishini tiklash uchun olib tashlashni talab qiladi. Qog'oz artefaktlari (rasmlar, xattotlik) noto'g'ri saqlash paytida mog'or va blyashka hosil qiladi, bu ularning holati va madaniy/tarixiy qiymatiga jiddiy putur yetkazadi.
Zhao Ying va boshqalar guruch qog'ozidagi mog'or blyashkalarini UV lazer bilan tozalashni tasdiqladilar: 3,2 J/mm² tezlikda bitta skanerlash yupqa blyashkalarni olib tashladi, ikkita skanerlash esa to'liq olib tashlashga erishdi; ortiqcha lazer energiyasi qog'ozga zarar yetkazdi. Zhang Xiaotong lazerli ho'l usul yordamida zarhal bronza artefaktni muvaffaqiyatli tikladi. Zhang Licheng Xan sulolasidan bo'yalgan ayol kulolchilik haykalchasiga lazer bilan tozalashni qo'lladi. Yuan Xiaodong va boshqalar tosh qoldiqlari uchun lazer bilan tozalash samaradorligini baholadilar, substrat shikastlanishi va qumtoshdagi siyoh, tutun va bo'yoq dog'larini olib tashlash samaradorligini taqqosladilar.
Xulosa
Lazerli tozalash aerokosmik, harbiy texnika, elektronika va boshqa yuqori aniqlikdagi sohalarda keng tadqiqot va qo'llanilish istiqbollariga ega ilg'or texnologiyadir. Samaradorligi, ekologik tozaligi va yuqori tozalash natijalari tufayli ko'plab sohalarda yetuk bo'lgan uning qo'llanilishi kengayishda davom etmoqda. Bo'yoq va zangni yo'qotishning o'rnatilgan usullaridan tashqari, so'nggi yutuqlar metall simlardagi oksid qatlamlarini lazer bilan tozalashni ham o'z ichiga oladi. Kelajakdagi rivojlanish mavjud qo'llanmalarni kengaytirish, yangi sohalarga kirish va uskunalarni innovatsiya qilish bilan bog'liq:
- Amaliy qo'llanmalarga yo'naltirilgan nazariy tadqiqotlarni kuchaytirish. Hozirgi tadqiqotlar asosan tajribalarga tayanadi, yetuk nazariy asosga ega emas. Bunday asosni yaratish texnologik yetuklik uchun juda muhimdir.
- Mavjud va yangi sohalarda qo'llanilishini kengaytiring. Bo'yoq/zangni ketkazishda yetuklik darajasiga ega bo'lgan yangi qo'llanmalarga metall sim oksidi bilan tozalash kiradi, bu esa o'sish uchun unumdor zamin yaratadi.
- Ko'p maqsadli universal qurilmalarga (masalan, bo'yoq/zangni tozalashning kombinatsiyasi) va ixtisoslashtirilgan vositalarga (masalan, yopiq joylar uchun maxsus moslamalar/tolalar) diversifikatsiya qilingan yangi lazerli tozalash uskunalarini ishlab chiqish. Sanoat robotlari bilan integratsiya orqali to'liq avtomatlashtirish istiqbolli yo'nalish hisoblanadi.
Nashr vaqti: 2026-yil 14-may
