Лазерлік тазалау технологиясыинженерлік салада лазерлік технологияны сәтті қолдану болып табылады. Оның негізгі қағидасы лазер сәулелері мен дайындама негіздеріне жабысатын ластаушы заттар арасындағы өзара әрекеттесуді қамтамасыз ету үшін лазерлердің жоғары энергия тығыздығын пайдаланады. Ластаушы заттар негіздерден лезде термиялық кеңею, балқу, газдың булануы және басқа да механизмдер арқылы бөлінеді. Жоғары тиімділігімен, қоршаған ортаға зиянсыздығымен және энергия үнемдеуімен мақтана алатын лазерлік тазалау технологиясы шина қалыптарын тазалауда, ұшақ корпусының бояуын кетіруде, мәдени жәдігерлерді қалпына келтіруде және басқа да салаларда сәтті қолданылды.
Дәстүрлі тазалау технологияларына механикалық үйкеліспен тазалау (құммен тазалау, жоғары қысымды су ағынымен тазалау және т.б.), химиялық коррозияны тазалау, ультрадыбыстық тазалау, құрғақ мұзбен тазалау және т.б. жатады. Бұл технологиялар салаларда кеңінен қолданылады. Мысалы, құммен тазалау металл тот дақтарын, беткі қылшықтарды және схемалық тақталардағы конформды жабындарды әртүрлі қаттылықтағы абразивтерді таңдау арқылы кетіре алады. Химиялық коррозияны тазалау жабдықтың бетіндегі май қабығын кетіру, қазандық қабығын тазалау және мұнай құбырының бітелуін ашу үшін кеңінен қолданылады. Жетілдірілген болса да, дәстүрлі әдістердің елеулі кемшіліктері бар: құммен тазалау өңделген беттерді оңай зақымдайды, ал химиялық коррозияны тазалау қоршаған ортаның ластануына әкеледі және дұрыс пайдаланылмаса, негіздерді коррозияға ұшыратуы мүмкін. Лазерлік тазалаудың пайда болуы тазалау технологиясындағы төңкерісті білдіреді. Лазерлердің жоғары энергия тығыздығын, дәлдігін және тиімді берілуін пайдалана отырып, лазерлік тазалау тазалау тиімділігі, дәлдігі және орналасуы бойынша дәстүрлі әдістерден асып түседі. Ол химиялық тазалаудан қоршаған ортаның ластануын жояды және негіздерге зиян келтірмейді.
Лазерлік тазалау принциптері
Лазерлік тазалау дегеніміз не? Бұл лазерлік сәулелену арқылы қатты (немесе кейде сұйық) беттерден материалдарды кетіру процесін білдіреді. Лазерлік толқынның төмендігінде сіңірілген лазер энергиясы материалдарды қыздырады, булануды немесе сублимацияны тудырады. Лазерлік толқынның жоғарылығында материалдар әдетте плазмаға айналады. Лазерлік тазалау әдетте материалдарды кетіру үшін импульсті лазерлерді пайдаланады, дегенмен үздіксіз толқынды лазер сәулелері материалдарды жеткілікті қарқындылықта абляциялай алады. Толқын ұзындығы шамамен 200 нм болатын терең ультракүлгін эксимерлі лазерлер негізінен фотоабляция үшін қолданылады.
Тереңдігілазерлік энергияЖұтылу және импульс кезінде алынатын материалдың мөлшері материалдың оптикалық қасиеттеріне, сондай-ақ лазердің толқын ұзындығына және импульс ұзақтығына байланысты. Импульс кезінде нысанадан алынған жалпы масса абляция жылдамдығы ретінде анықталады. Сканерлеу жылдамдығы және сызықты жабу сияқты лазерлік сәулелену сипаттамалары абляция процесіне айтарлықтай әсер етеді.
Лазерлік тазалау технологиясының түрлері
1) Лазерлік химиялық тазалау
Лазерлік құрғақ тазалау мыналарды қамтидыЖұмыс бөлшектерін тікелей импульсті лазерлік сәулелендіру. Ластаушы заттар немесе негіздер лазер энергиясын сіңіреді, олардың температурасын көтереді және ластаушы заттарды негіздерден бөлетін жылулық кеңеюді немесе негіздің жылулық дірілін тудырады. Бұл екі сценарийде орын алады: беттік ластаушы заттар лазер энергиясын сіңіреді және кеңейеді, немесе негіздер энергияны сіңіреді және жылулық дірілдейді.
1969 жылы С.М. Бедайр және т.б. дәстүрлі беттік өңдеулердің (жылумен өңдеу, химиялық коррозия, құммен өңдеу) барлығының шектеулері бар екенін анықтады. Олар фокусталған лазерлердің жоғары энергия тығыздығы беттік материалдарды негіздерге зақым келтірмей буландыра алатынын байқады. Тәжірибелер қуат тығыздығы 30 МВт/см² болатын Q-коммутациялы лағыл лазердің кремний беттерінен ластаушы заттарды негізге зақым келтірмей тазалай алатынын растады, бұл лазерлік құрғақ тазалаудың алғашқы енгізілуі болды.
Жалпы тазалау жылдамдығын төменде көрсетілгендей, үлдір қалдықтарының бөліну жылдамдығы арқылы көрсетуге болады:
(Формула: ε—лазерлік импульстік энергия индексі; h—ластаушы қабықша қалыңдығының индексі; E—қабықшаның серпімділік модулінің индексі)
2) Лазерлік дымқыл тазалау
Импульсті лазерлік сәулелендіру алдында дайындама бетіне сұйық пленка алдын ала жағылады. Лазер энергиясы пленканы тез қыздырады және буландырады, ластаушы бөлшектерді негізден ажырататын лезде соққы толқынын тудырады. Бұл әдіс негіз мен сұйық пленка арасында химиялық реакцияны қажет етпейді, бұл оның қолданылатын материалдарын шектейді.
1991 жылы К. Имен және т.б. дәстүрлі тазалаудан кейін жартылай өткізгіш пластиналар мен металдардағы қалдық субмикронды ластаушы заттарды өңдеді. Олар негіздерді лазерлік сіңіргіш пленкамен қаптап, оны CO₂ лазерімен сәулелендірді. Пленка энергияны сіңіріп, тез қыздырып, қайнатып, жарылғыш булануға ұшырап, беткі ластаушы заттарды кетірді - бұл лазерлік ылғалды тазалауды анықтайды.
3) Лазерлік плазмалық соққы толқындарын тазалау
Лазерлік плазмалық соққы толқындары лазерлер сәулелену кезінде ауаны сфералық плазмалық соққы толқындарына айналдырған кезде пайда болады. Бұл соққы толқындары субстраттарға соғылып, субстратты зақымдамай ластаушы заттарды кетіру үшін энергия бөледі (лазерлер субстраттармен тікелей әрекеттеспейді). Бұл технология ондаған нанометрге дейінгі ұсақ бөлшектерді тазартады және лазерлік толқын ұзындығына ешқандай шектеулер қоймайды.
Плазмалық тазалаудың физикалық принциптері келесідей қорытындыланады:
а) Лазер сәулелері нысана бетіндегі ластаушы қабатпен жұтылады.
b) Жоғары энергия сіңірілуі тез кеңейетін плазманы (жоғары иондалған тұрақсыз газ) түзеді, бұл соққы толқындарын тудырады.
c) Соққы толқындары ластаушы заттарды бөлшектеп, жояды.
d) Лазер импульстары негізді зақымдайтын жылудың жиналуын болдырмау үшін жеткілікті қысқа болуы керек.
e) Тәжірибелер металл беттерінде оксидтер болған кезде плазмалық формалардың пайда болатынын көрсетеді.
Плазманың пайда болуы тек энергия тығыздығы шегінен жоғары деңгейде жүреді, бұл жойылатын ластаушы немесе оксид қабатына байланысты. Екінші жоғары шегі бар, одан асып кеткенде негіз зақымдалады. Негізге зақым келтірмей тиімді тазалауды қамтамасыз ету үшін импульстік энергия тығыздығын екі шегі арасында сақтау үшін лазер параметрлерін реттеу қажет.
2001 жылы Дж.М. Ли және т.б. жоғары қуатты фокусталған лазерлерден плазмалық соққы толқындарын пайдаланды. Энергия тығыздығы 2,0 Дж/см² (кремнийдің зақымдану шегінен әлдеқайда асатын) импульсті лазер кремний пластиналарын параллель сәулелендіріп, 1 мкм вольфрам бөлшектерін сәтті алып тастады. Нақты айтқанда, лазерлік плазмалық соққы толқындарын тазалау құрғақ тазалаудың бір бөлігі болып табылады.
Бастапқыда жартылай өткізгіш пластиналардан микроскопиялық бөлшектерді кетіру үшін жасалған бұл үш лазерлік тазалау технологиясы шиналарды зеңмен тазалауға, ұшақ терісінің бояуын кетіруге, мәдени қалдықтарды қалпына келтіруге және тағы басқаларға дейін кеңейтілді. Лазерлік сәулелендіру кезінде субстраттарға инертті газ үрленіп, бөлінген ластаушы заттарды лезде кетіруге, қайта ластану мен тотығудың алдын алуға болады.
Лазерлік тазалау технологиясының қолданылуы
1) Жартылай өткізгіштер өнеркәсібі: Жартылай өткізгіш пластиналар мен оптикалық негіздерді тазалау
Жартылай өткізгіш пластиналар мен оптикалық негіздер қажетті пішіндерді қалыптастыру үшін бірдей өңдеу кезеңдерінен (кесу, ұнтақтау) өтеді, бұл кетіру қиын және қайта ластануға бейім бөлшектердің ластаушы заттарын енгізеді. Пластиналардағы ластаушы заттар тізбектің басып шығару сапасын төмендетеді және чиптің қызмет ету мерзімін қысқартады. Оптикалық негіздердегі олар оптикалық құрылғы мен жабынның өнімділігін төмендетеді, бұл энергияның біркелкі таралуына және қызмет ету мерзімінің қысқаруына әкеледі.
Лазерлік құрғақ тазалау субстраттың зақымдану қаупіне байланысты сирек қолданылады, ал дымқыл тазалау және плазмалық соққы толқынымен тазалау көптеген табысты қолданыстарға ие. Сюй Чуаньи және т.б. микрон масштабты магниттік бояуды ультра тегіс оптикалық субстраттарға диэлектрлік пленка ретінде жағып, тиімді импульсті лазерлік тазалауға қол жеткізді. Қоспа бөлшектерінің жалпы мөлшері артқанымен, олардың мөлшері мен жабыны айтарлықтай төмендеді. Чжан Пин жұмыс қашықтығы мен лазер энергиясының әртүрлі өлшемдегі бөлшектерді тазалау тиімділігіне әсерін зерттеді. Тәжірибелер 240 мДж лазердің өткізгіш шыныдағы полистирол бөлшектерін 1,90 мм жұмыс қашықтығында оңтайлы тазалауға қол жеткізгенін көрсетті. Тазалау тиімділігі жоғары лазерлік энергиямен жақсарды, ал үлкен бөлшектерді кетіру оңайырақ болды.
2) Металл өнеркәсібі: Металл беттерін тазалау
Металл бетін тазалау макроскопиялық ластаушыларды: оксид/тот қабаттарын, бояуды, жабындарды және органикалық (бояу, жабындар) немесе бейорганикалық (тот) ластаушылар ретінде жіктелген басқа да қоспаларды тазартады. Тазалау кейінгі өңдеу/пайдалану талаптарына сәйкес келеді: мысалы, дәнекерлеу алдында титан қорытпаларынан 10 мкм қалыңдықтағы оксид қабаттарын алып тастау, қайта бояу үшін ұшақ қабықтарынан бояуды алып тастау және өнімнің сапасы мен қалып қызмет ету мерзімін қамтамасыз ету үшін шина қалыптарынан резеңке қалдықтарын тазарту.
Металдардың ластаушы заттарды тазалау шектеріне қарағанда зақымдану шегі жоғары, бұл тиісті қуатты лазерлермен тиімді тазалауға мүмкіндік береді. Жетілдірілген қолданыстарға мыналар жатады: Ван Лихуа және т.б. 5,1 Дж/см² лазердің A5083-111H алюминий қорытпасынан оксид қабаттарын алып тастайтынын, ал 100 Вт импульсті лазердің титан қорытпасының оксид қабаттарын тиімді тазалап, бетінің қаттылығын арттыратынын көрсетті. Отандық өндірушілер (Raycus Laser, Han's Laser, Shenzhen Chuangxin) резеңке қалыптарды, металл тотын және бөлшектердің майын кетіруге арналған лазерлік тазалау жабдықтарын кеңінен жеткізеді.
3) Мәдени жәдігерлерді сақтау: Мәдени жәдігерлер мен қағаз артефактілерін тазалау
Металл және тастан жасалған мәдени жәдігерлер уақыт өте келе кір, сия дақтары және басқа да ластаушы заттар жиналады, сондықтан бастапқы көрінісін қалпына келтіру үшін оларды алып тастау қажет. Қағаз артефактілерінде (картиналарда, каллиграфияда) дұрыс сақталмаған кезде көгеру мен тақталар пайда болады, бұл олардың жағдайын және мәдени/тарихи құндылығын айтарлықтай төмендетеді.
Чжао Ин және т.б. күріш қағазындағы зең бляшкаларын ультракүлгін лазермен тазартуды растады: 3,2 Дж/мм² жылдамдықпен бір рет сканерлеу жұқа бляшкаларды алып тастады, ал екі сканерлеу толық алып тастауға қол жеткізді; шамадан тыс лазерлік энергия қағазды зақымдады. Чжан Сяотун лазерлік ылғалды әдісті қолдана отырып, алтын жалатылған қола артефактіні сәтті қалпына келтірді. Чжан Личен Хань әулетінің боялған әйел қыш мүсініне лазерлік тазартуды қолданды. Юань Сяодун және т.б. тас жәдігерлерін лазерлік тазартудың тиімділігін бағалады, құмтастағы сия, түтін және бояу дақтарының негіз зақымдалуы мен жойылу тиімділігін салыстырды.
Қорытынды
Лазерлік тазалау - аэроғарыш, әскери техника, электроника және басқа да жоғары дәлдіктегі салаларда кең зерттеулер мен қолдану перспективалары бар озық технология. Тиімділігі, қоршаған ортаға зиянсыздығы және жоғары тазалау нәтижелерінің арқасында көптеген салаларда жетілген, оның қолданылуы кеңейе береді. Белгілі бояу мен тотты кетіруден басқа, соңғы жетістіктерге металл сымдардың оксид қабаттарын лазерлік тазалау кіреді. Болашақ даму қолданыстағы қолданыстарды кеңейтуге, жаңа салаларды енгізуге және жабдықтарды инновациялауға байланысты:
- Практикалық қолданбаларды бағыттау үшін теориялық зерттеулерді күшейту. Қазіргі зерттеулер тәжірибелерге негізделген, бірақ жетілген теориялық негіз жоқ. Мұндай негізді құру технологиялық жетілу үшін өте маңызды.
- Қолданыстағы және жаңа салаларда қолдану аясын кеңейтіңіз. Бояу/тот кетіру саласында жетілген, жаңа қолданыстарға металл сым тотығын тазалау кіреді, бұл өсуге құнарлы топырақ береді.
- Көп мақсатты әмбебап құрылғыларға (мысалы, бояу/тот кетірудің аралас әдістері) және мамандандырылған құралдарға (мысалы, шектеулі кеңістіктерге арналған арнайы бекіткіштер/талшықтар) бөлінетін жаңа лазерлік тазалау жабдықтарын әзірлеу. Өнеркәсіптік роботтармен интеграциялау арқылы толық автоматтандыру перспективалы бағыт болып табылады.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 14 мамыр
