Printsip, turlari va qo'llanilishilazer bilan tozalashtexnologiya
Lazerli tozalash texnologiyasi muhandislik sohasida lazer texnologiyasining muvaffaqiyatli qo'llanilishi hisoblanadi. Uning asosiy printsipi lazerning yuqori energiya zichligidan foydalanib, ish qismining asosiga yopishgan ifloslantiruvchi moddalar bilan o'zaro ta'sir qilish, ularning substratdan bir zumda issiqlik kengayishi, erish va gaz bug'lanishi shaklida ajralishiga olib keladi. Lazerli tozalash texnologiyasi yuqori samaradorlik, ekologik tozalik va energiyani tejash bilan ajralib turadi. U shinalar qolipini tozalash, samolyot kuzovi bo'yog'ini olib tashlash va madaniy yodgorliklarni tiklash kabi sohalarda muvaffaqiyatli qo'llanilgan.
An'anaviy tozalash texnologiyalari quyidagilarni o'z ichiga oladimexanik ishqalanishni tozalash(qum bilan tozalash, yuqori bosimli suv oqimi bilan tozalash va boshqalar), kimyoviy korroziyani tozalash, ultratovushli tozalash, quruq muzni tozalash va boshqalar. Ushbu tozalash texnologiyalari turli sohalarda keng qo'llanilgan. Masalan, qum bilan tozalash turli qattiqlikdagi abrazivlarni tanlash orqali metall zang dog'larini, metall yuzasidagi burmalar va elektron platalardagi uch o'tkazuvchan lakni olib tashlashi mumkin. Kimyoviy korroziyani tozalash texnologiyasi uskunalar yuzalaridagi moy dog'larini, qozonxonalardagi va neft quvurlaridagi shkalalarni tozalashda keng qo'llaniladi. Ushbu tozalash texnologiyalari yaxshi ishlab chiqilgan bo'lsa-da, ular hali ham ba'zi muammolarga duch kelmoqda. Masalan, qum bilan tozalash ishlov berilgan yuzaga osongina zarar etkazishi mumkin va kimyoviy korroziyani tozalash to'g'ri ishlatilmasa, atrof-muhit ifloslanishiga va tozalangan sirtning korroziyasiga olib kelishi mumkin. Lazerli tozalash texnologiyasining paydo bo'lishi tozalash texnologiyasida inqilobni anglatadi. U yuqori energiya zichligi, yuqori aniqlik va lazer energiyasining samarali uzatilishidan foydalanadi va tozalash samaradorligi, tozalash aniqligi va tozalash joyi jihatidan an'anaviy tozalash texnologiyalariga nisbatan aniq afzalliklarga ega. U kimyoviy korroziyani tozalash va boshqa tozalash texnologiyalari tufayli atrof-muhit ifloslanishining oldini olishi mumkin va substratga zarar yetkazmaydi.
Thelazer bilan tozalash printsipi
Xo'sh, lazer bilan tozalash nima? Lazer bilan tozalash - bu qattiq (yoki ba'zan suyuqlik) yuzasidan materialni olib tashlash uchun lazer nuri ishlatiladigan jarayon. Lazer oqimi past bo'lganda, material so'rilgan lazer energiyasi bilan qiziydi va bug'lanadi yoki sublimatsiya qilinadi. Yuqori lazer oqimida material odatda plazmaga aylanadi. Odatda, lazer bilan tozalash impulsli lazerlar yordamida materialni olib tashlashni anglatadi, ammo agar lazer intensivligi yetarlicha yuqori bo'lsa, materialni ablatsiya qilish uchun uzluksiz to'lqinli lazer nuridan foydalanish mumkin. Chuqur ultrabinafsha nurlarining eksimer lazeri asosan optik ablatsiya uchun ishlatiladi. Optik ablatsiya uchun ishlatiladigan lazer to'lqin uzunligi taxminan 200 nm. Lazer energiyasining yutish chuqurligi va bitta lazer impulsi bilan olib tashlangan material miqdori materialning optik xususiyatlariga, shuningdek, lazer to'lqin uzunligi va impuls uzunligiga bog'liq. Har bir lazer impulsi bilan nishondan ablatsiya qilingan umumiy massa odatda ablatsiya tezligi deb ataladi. Lazer nurining skanerlash tezligi va skanerlash chizig'ining qoplamasi va boshqalar ablatsiya jarayoniga sezilarli ta'sir qiladi.
Lazerli tozalash texnologiyasining turlari
1) Lazerli quruq tozalash: Quruq lazerli tozalash deganda tozalash ish qismini impulsli lazer bilan to'g'ridan-to'g'ri nurlantirish tushuniladi, bu esa asos yoki sirt ifloslantiruvchi moddalarning energiyani yutishiga va haroratning oshishiga olib keladi, natijada asosning termal kengayishi yoki termal tebranishi yuzaga keladi va shu bilan ikkalasi bir-biridan ajralib chiqadi. Bu usulni taxminan ikki holatga bo'lish mumkin: biri sirt ifloslantiruvchi moddalar lazer energiyasini yutadi va kengayadi; ikkinchisi esa asos lazer energiyasini yutadi va termal tebranishni hosil qiladi. 1969-yilda SM Bedair va boshqalar issiqlik bilan ishlov berish, kimyoviy korroziya va qum bilan tozalash kabi turli sirtni tozalash usullarining barchasi turli kamchiliklarga ega ekanligini aniqladilar. Shu bilan birga, lazer bilan fokuslashdan keyin yuqori energiya zichligi material yuzasining bug'lanishi hodisasini mumkin qilishi mumkin, bu esa material yuzasini buzmasdan tozalash imkoniyatini beradi. Tajribalar orqali 30 MVt/sm2 quvvat zichligiga ega yoqut Q-kommutatsiyali lazerdan foydalanish kremniy material yuzasi ifloslantiruvchi moddalarini asosga zarar yetkazmasdan tozalashga erishishi mumkinligi aniqlandi va birinchi marta material yuzasi ifloslantiruvchi moddalarini lazer bilan quruq tozalash amalga oshirildi. Umumiy tezlikni plyonka qatlami parchalarining ajralish tezligi bilan quyidagicha ifodalash mumkin:
Formuladagi ε lazer impuls energiya indeksini, h ifloslantiruvchi plyonka qatlamining qalinlik indeksini va E plyonka qatlamining elastiklik moduli indeksini ifodalaydi.
2) Lazerli nam tozalash: Tozalanadigan ish qismi impulsli lazer ta'siriga duchor bo'lishdan oldin, sirtga oldindan qoplanadigan suyuq plyonka surtiladi. Lazer ta'sirida suyuq plyonkaning harorati tez ko'tariladi va bug'lanadi. Bug'lanish paytida ifloslantiruvchi zarrachalarga ta'sir qiluvchi va ularning substratdan ajralishiga olib keladigan zarba to'lqini hosil bo'ladi. Bu usul substrat va suyuq plyonka bir-biri bilan reaksiyaga kirishmasligini talab qiladi, bu esa qo'llaniladigan materiallar doirasini cheklaydi. 1991-yilda K. Imen va boshqalar an'anaviy tozalash usullari qo'llanilgandan so'ng yarimo'tkazgichli plastinkalar va metall materiallar yuzasida qoldiq submikron zarrachali ifloslantiruvchi moddalar muammosini hal qilishdi va lazer energiyasini samarali yuta oladigan material substrati yuzasiga plyonka qo'llashni o'rganishdi. Keyinchalik, CO2 lazeridan foydalangan holda, plyonka lazer energiyasini yutadi va haroratni tez ko'taradi va qaynatadi, portlovchi bug'lanishni keltirib chiqaradi, bu esa substrat yuzasidan ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlaydi. Bu tozalash usuli lazerli nam tozalash deb ataladi.
3) Lazerli plazma zarba to'lqinlarini tozalash: Lazer havo muhitini nurlantirganda va sharsimon plazma zarba to'lqinining hosil bo'lishiga olib kelganda, lazer plazma zarba to'lqinlari hosil bo'ladi. Zarba to'lqini tozalanadigan ish qismining yuzasiga ta'sir qiladi va ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash uchun energiya chiqaradi. Lazer substratga ta'sir qilmaydi, shuning uchun substratga zarar yetkazmaydi. Lazerli plazma zarba to'lqinlarini tozalash texnologiyasi endi bir necha o'nlab nanometr diametrli zarrachalarni tozalashi mumkin va lazer to'lqin uzunligida hech qanday cheklovlar yo'q. Plazma tozalashning fizik printsipini quyidagicha umumlashtirish mumkin: a) Lazer tomonidan chiqarilgan lazer nuri ishlov berilgan sirtdagi ifloslanish qatlami tomonidan so'riladi. b) Katta miqdordagi yutilish tez kengayadigan plazma (yuqori darajada ionlangan beqaror gaz) hosil qiladi va zarba to'lqinini hosil qiladi. c) Zarba to'lqini ifloslantiruvchi moddalarning parchalanishiga va olib tashlanishiga olib keladi. d) Yorug'lik pulsining impuls kengligi ishlov berilgan sirtga zarar etkazishi mumkin bo'lgan issiqlik to'planishining oldini olish uchun etarlicha qisqa bo'lishi kerak. e) Tajribalar shuni ko'rsatdiki, metall yuzasida oksidlar mavjud bo'lganda, metall yuzasida plazma hosil bo'ladi. Plazma faqat energiya zichligi chegaradan oshib ketganda hosil bo'ladi, bu esa olib tashlangan ifloslanish qatlami yoki oksid qatlamiga bog'liq. Bu chegara effekti substrat materialining xavfsizligini ta'minlash bilan birga samarali tozalash uchun juda muhimdir. Plazmaning ko'rinishi ham ikkinchi chegaraga ega. Agar energiya zichligi bu chegaradan oshib ketsa, substrat materiali shikastlanadi. Substrat materialining xavfsizligini ta'minlash bilan birga samarali tozalashni amalga oshirish uchun lazer parametrlari yorug'lik impulsining energiya zichligi qat'iy ravishda ikki chegara oralig'ida bo'lishini ta'minlash uchun vaziyatga qarab sozlanishi kerak. 2001-yilda JM Li va boshqalar yuqori quvvatli lazerlar fokuslanganda plazma zarba to'lqinlarini hosil qilish xususiyatidan foydalandilar va kremniy plastinkasiga parallel ravishda nurlantirish uchun 2,0 J/sm2 energiya zichligiga ega (kremniy plastinkalarining shikastlanish chegarasidan ancha yuqori) impulsli lazerdan foydalandilar va kremniy plastinka yuzasida adsorbsiyalangan 1 mkm volfram zarralarini muvaffaqiyatli tozaladilar. Bu tozalash usuli lazer plazma zarba to'lqini tozalash deb ataladi va qat'iy aytganda, lazer plazma zarba to'lqini tozalash quruq lazer tozalashning bir turi hisoblanadi. Ushbu uchta lazerli tozalash texnologiyasining asl maqsadi yarimo'tkazgichli plastinkalar yuzasidagi mayda zarrachalarni tozalash edi. Aytish mumkinki, lazerli tozalash texnologiyasi yarimo'tkazgich texnologiyasining rivojlanishi bilan paydo bo'lgan. Biroq, lazerli tozalash texnologiyasi shinalar qolipini tozalash, samolyot terisi bo'yog'ini olib tashlash va artefakt yuzasini tiklash kabi boshqa sohalarda ham doimiy ravishda qo'llanilmoqda. Lazer nurlanishi ostida inert gaz substrat yuzasiga puflanishi mumkin. Ifloslantiruvchi moddalar sirtdan tozalanganda, ular sirtning qayta ifloslanishi va oksidlanishining oldini olish uchun darhol gaz tomonidan sirtdan puflanadi.
Thelazerli tozalash texnologiyasini qo'llash
1) Yarimo'tkazgichlar sohasida yarimo'tkazgichli plastinkalar va optik substratlarni tozalash xuddi shu jarayonni o'z ichiga oladi, ya'ni xom ashyoni kesish, maydalash va boshqalar orqali kerakli shakllarga qayta ishlash. Bu jarayon davomida zarrachali ifloslantiruvchi moddalar kiritiladi, ularni olib tashlash qiyin va jiddiy takroriy ifloslanish muammolarini keltirib chiqaradi. Yarimo'tkazgichli plastinkalar yuzasidagi ifloslantiruvchi moddalar elektron platalarni bosib chiqarish sifatiga ta'sir qilishi va shu bilan yarimo'tkazgich chiplarining ishlash muddatini qisqartirishi mumkin. Optik substratlar yuzasidagi ifloslantiruvchi moddalar optik qurilmalar va qoplamalarning sifatiga ta'sir qilishi va energiyaning notekis taqsimlanishiga olib kelishi, ishlash muddatini qisqartirishi mumkin. Lazerli quruq tozalash substrat yuzasiga zarar yetkazishga moyil bo'lganligi sababli, bu tozalash usuli yarimo'tkazgichli plastinkalar va optik substratlarni tozalashda kamroq qo'llaniladi. Lazerli nam tozalash va lazer plazma zarba to'lqinlarini tozalash bu sohada ko'proq muvaffaqiyatli qo'llaniladi. Xu Chuanyi va boshqalar ultra silliq optik substratlar yuzasiga dielektrik plyonka sifatida mikro o'lchamli maxsus magnit bo'yoqni cho'ktirishni o'rganishdi va keyin tozalash uchun impulsli lazerdan foydalanishdi. Tozalash effekti yaxshi bo'ldi, garchi birlik maydonidagi nopoklik zarrachalari soni oshsa ham, nopoklik zarrachalarining hajmi va qoplama maydoni sezilarli darajada kamaydi. Bu usul ultra silliq optik substratlar yuzasidagi mikro miqyosli nopoklik zarrachalarini samarali tozalashi mumkin. Chjan Ping lazer plazma tozalash texnologiyasida turli zarracha o'lchamidagi ifloslantiruvchi moddalarni tozalash effektiga ish masofasi va lazer energiyasining ta'sirini o'rgandi. Tajriba natijalari shuni ko'rsatdiki, o'tkazuvchan shisha substratlardagi polistirol zarralari uchun 240 mJ energiya uchun optimal ish masofasi 1,90 mm edi. Lazer energiyasi oshgani sayin, tozalash effekti sezilarli darajada yaxshilandi va yirik zarrachali ifloslantiruvchi moddalarni tozalash osonlashdi.
2) Metall materiallar sohasida metall materiallar sirtini tozalash yarimo'tkazgichli plastinkalar va optik substratlarni tozalashdan farq qiladi. Tozalanadigan ifloslantiruvchi moddalar makroskopik toifaga kiradi. Metall materiallar yuzasidagi ifloslantiruvchi moddalar asosan oksid qatlami (zang qatlami), bo'yoq qatlami, qoplama va boshqa qo'shimchalarni o'z ichiga oladi va organik ifloslantiruvchi moddalar (masalan, bo'yoq qatlami, qoplama) va noorganik ifloslantiruvchi moddalar (masalan, zang qatlami) ga bo'linishi mumkin. Metall materiallar yuzasidagi ifloslantiruvchi moddalarni tozalash asosan keyingi ishlov berish yoki foydalanish talablarini qondirish uchun amalga oshiriladi, masalan, payvandlashdan oldin titan qotishma qismlari yuzasidan taxminan 10 mkm oksid qatlamini olib tashlash, samolyotlarni kapital ta'mirlash paytida qayta purkashni osonlashtirish uchun teri yuzasidagi asl bo'yoq qoplamasini olib tashlash va sirtning tozaligini, qolipning sifati va ishlash muddatini ta'minlash uchun rezina shinalar qolipiga biriktirilgan rezina zarralarini muntazam ravishda tozalash. Metall materiallarning shikastlanish chegarasi ularning sirt ifloslantiruvchilarining lazer bilan tozalash chegarasidan yuqori. Tegishli quvvat lazerini tanlash orqali yaxshiroq tozalash effektiga erishish mumkin. Ushbu texnologiya ba'zi sohalarda yetuk qo'llanilgan. Vang Lihua va boshqalar alyuminiy qotishmalari va titan qotishmalari yuzalaridagi oksid qoplamalarini qayta ishlashda lazer bilan tozalash texnologiyasini qo'llashni o'rganishdi. Tadqiqot natijalari shuni ko'rsatdiki, 5,1 J/sm2 energiya zichligiga ega lazerdan foydalanish A5083-111H alyuminiy qotishmasi yuzasidagi oksid qatlamini substratning yaxshi sifatini saqlab qolgan holda tozalashi mumkin va skanerlash usulida o'rtacha 100 Vt quvvatga ega impulsli lazerdan foydalanish titan qotishmalari yuzasidagi oksid qatlamini samarali tozalashi va material yuzasining qattiqligini oshirishi mumkin. Ruike Laser, Daqu Laser va Shenzhen Chuangxin kabi mahalliy kompaniyalar shinalar, metall zang qatlamlari va komponentlar yuzasidagi moy dog'lari kabi rezina qoliplarni tozalash uchun keng qo'llaniladigan lazer bilan tozalash uskunalarini ishlab chiqdilar.
3) Madaniy yodgorliklar sohasida metall va tosh yodgorliklari va qog'oz yuzalarini tozalash, ularning uzoq tarixi tufayli yuzalarida paydo bo'ladigan axloqsizlik va siyoh dog'lari kabi ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash uchun zarurdir. Yodgorliklarni tiklash uchun bu ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash kerak. Xattotlik va rasm kabi qog'oz ishlari noto'g'ri saqlanganda, ularning yuzalarida mog'or o'sadi va dog'lar hosil qiladi. Bu dog'lar qog'ozning asl ko'rinishiga jiddiy ta'sir qiladi, ayniqsa yuqori madaniy yoki tarixiy qiymatga ega qog'oz uchun, bu uning qadrlanishi va himoyasiga ta'sir qiladi. Chjao Ying va boshqalar qog'oz o'ramlaridagi mog'or dog'larini tozalash uchun ultrabinafsha lazerdan foydalanish imkoniyatini o'rganib chiqdilar. Tajriba natijalari shuni ko'rsatdiki, bir marta skanerlash uchun energiya zichligi 3,2 J/mm2 bo'lgan lazerdan foydalanish yupqa dog'larni olib tashlashi mumkin, ikki marta skanerlash esa dog'larni butunlay olib tashlashi mumkin. Biroq, agar ishlatiladigan lazer energiyasi juda yuqori bo'lsa, dog'larni olib tashlash paytida qog'oz o'ramiga zarar yetkazadi. Chjan Xiaotong va boshqalar lazer vertikal nurlanish suyuq plyonka usuli yordamida zarhal bronza yodgorlikni muvaffaqiyatli tikladilar. Chjan Licheng va boshqalar Xan sulolasiga oid bo'yalgan ayol kulolchilik haykalchasini tiklashda lazer bilan tozalash texnologiyasidan foydalanganlar. Yuan Xiaodong va boshqalar tosh qoldiqlarini tozalashda lazer bilan tozalash texnologiyasining ta'sirini o'rganib chiqdilar va tozalashdan oldin va keyin qumtosh tanasiga yetkazilgan zararni, shuningdek, siyoh dog'lari, tutun ifloslanishi va bo'yoq ifloslanishining tozalash ta'sirini taqqosladilar.
Xulosa: Lazerli tozalash texnologiyasi nisbatan ilg'or texnika bo'lib, aerokosmik, harbiy texnika, elektron va elektrotexnika kabi yuqori aniqlikdagi sohalarda keng tadqiqot va qo'llanilish istiqbollariga ega. Hozirgi vaqtda lazerli tozalash texnologiyasi samarali, ekologik toza va a'lo darajadagi tozalash ko'rsatkichlari tufayli ba'zi sohalarda muvaffaqiyatli qo'llanilmoqda. Uning qo'llanilish sohalari asta-sekin kengayib bormoqda. Lazerli tozalash texnologiyasining rivojlanishi nafaqat bo'yoqni olib tashlash va zangni yo'qotish kabi sohalarda yetuk qo'llanilmoqda, balki so'nggi yillarda metall simlardagi oksid qatlamini tozalash uchun lazerdan foydalanish haqida xabarlar ham mavjud. Mavjud qo'llanilish sohalarining kengayishi va yangi sohalarning rivojlanishi lazerli tozalash texnologiyasining rivojlanishining asosidir. Yangi lazerli tozalash uskunalarini tadqiq qilish va ishlab chiqish hamda yangi lazerli tozalash uskunalarini ishlab chiqish turli funktsiyalarga olib keladigan farqlarni ko'rsatadi. Kelajakda sanoat robotlari bilan hamkorlik orqali to'liq avtomatik lazerli tozalashga erishish ham mumkin. Lazerli tozalash texnologiyasining rivojlanish tendentsiyasi quyidagicha:
(1) Lazerli tozalash texnologiyasini qo'llashga yo'naltirilgan lazerli tozalash nazariyasi bo'yicha tadqiqotlarni kuchaytirish. Ko'p sonli hujjatlarni ko'rib chiqqandan so'ng, lazerli tozalash texnologiyasini qo'llab-quvvatlovchi yetuk nazariy tizim yo'qligi va ko'pgina tadqiqotlar tajribalarga asoslanganligi aniqlandi. Lazerli tozalash nazariy tizimini yaratish lazerli tozalash texnologiyasini yanada rivojlantirish va yetukligi uchun asosdir.
(2) Mavjud qo'llanilish sohalarini kengaytirish va yangi qo'llanilish sohalari. Lazerli tozalash texnologiyasi bo'yoqni olib tashlash va zangni olib tashlash kabi sohalarda muvaffaqiyatli qo'llanildi va so'nggi yillarda metall simlardagi oksid qatlamini tozalash uchun lazerdan foydalanish haqida xabarlar mavjud. Mavjud qo'llanilish sohalarini kengaytirish va yangi sohalarni rivojlantirish lazerli tozalash texnologiyasini rivojlantirish uchun unumdor zamin hisoblanadi.
(3) Yangi lazerli tozalash uskunalarini tadqiq qilish va ishlab chiqish. Yangi lazerli tozalash uskunalarini ishlab chiqish farqlanishni ko'rsatadi. Bir turi - bu bir nechta qo'llanilish sohalarini qamrab oluvchi ma'lum universallikka ega uskunalar, masalan, bitta qurilma bir vaqtning o'zida bo'yoqni olib tashlash va zangni olib tashlash funktsiyalarini bajarishi mumkin. Ikkinchi turi - bu kichik joylarda ifloslantiruvchi moddalarni tozalash funktsiyasiga erishish uchun maxsus moslamalar yoki optik tolalarni loyihalash kabi maxsus ehtiyojlar uchun ixtisoslashgan uskunalar. Sanoat robotlari bilan hamkorlik orqali to'liq avtomatik lazerli tozalash ham mashhur qo'llanilish yo'nalishi hisoblanadi.
Nashr vaqti: 2025-yil 17-iyul
