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清洗行业大换血,改变未来世界格局的清洗方式:激光清洗

发布:2022-03-25 10:49作者:www.huyunjituan.com点击:1091次

随着1980年代半导体工业的快速发展,对清洗技术提出了新的要求。传统的清洁方法难以清洁板或其他微电子器件表面的小污染物。激光清洗可以安全地解决这些问题,并且可以快速完成此类问题。 IBM、贝尔实验室等知名机构参与。 IBM 公司的 W. Zapka 1987 年首次获得专利激光清洗,随后 AK Tam 等人成功使用激光清洗技术去除表面掩模上的微粒。佛罗里达州立大学教授苏珊艾伦和贝尔实验室还开发了一种“蒸汽清洁方法”,其中将与酒精和水混合的液膜施加到要清洁的材料上,然后是激光。光。实现清洗,可大大提高清洗效率 激光清洗效率。作为这项工作的结果,使用了业界首个激光清洁技术。
1990年代以来,欧美等地进行了进一步的研究和应用,工业应用场景不断扩大。 21世纪初,我国也对激光清洗技术进行了大量研究,但这项技术的广泛应用和发展是近五年才开始的。 目前,激光清洗技术正逐渐被各行各业的消费者所接受和接受,具有巨大的发展潜力。
激光清洗的原理比较复杂,可以涉及物理和化学过程。在大多数情况下,初级过程由具有许多化学反应的物理过程组成。主要过程可分为气化过程、冲击过程和振动过程三类。
当高能激光照射材料表面时,表面吸收激光能量并将其转化为内能,迅速升高表面温度并提高材料的蒸发温度,使污染物通过材料的通道.汽。从切削材料的表面。选择性蒸发通常发生在激光器表面对杂质的吸收超过基板量时。石材表面的污垢会强烈吸收激光辐射并迅速蒸发。通过去除污垢和辐射到石材表面的激光束,吸收低,从石材表面排出更多的激光能量,减少石材表面温度变化,保护石材表面。受伤。
当使用紫外激光去除有机污染物时,会发生一个典型的化学过程,也称为激光烧蚀。紫外激光器波长短,光子能量高,如B. Excimer KrF激光器,其波长为248 nm,光子能量高达5 eV,是CO2激光器光子能量(0.12 eV)的40倍.如此高的光子能量足以破坏CC、CH、CO等有机物质的分子键。在有机污染物中,它们通过吸收激光光子的能量而分解,导致气化并从表面热解去除。
冲击过程是当激光与材料相互作用并在材料表面产生冲击波时发生的一系列反应。由于冲击波表面,污染物分解并变成从表面下降的灰尘或污垢。许多机制会产生冲击波,包括等离子体、蒸汽和快速热膨胀和收缩。以等离子冲击波为例,很容易理解激光清洗的冲击过程是如何去除表面污染物的。当使用脉冲持续时间 (ns) 和最大功率 (107-1010 W/cm2) 的激光器时,表面温度急剧上升,尽管表面很容易被激光吸收并立即达到蒸发温度。蒸气在材料表面上方产生。蒸气温度可达104-105 K,可将蒸气本身或周围空气电离,形成等离子体。等离子阻止激光进入材料表面,从材料表面的蒸发可能会停止,但等离子继续从激光吸收能量,温度继续升高,形成空间。这是在一个非常高的地方。温度和高温。向材料表面施加 1 -100 kbar 的直接压力。效果逐渐变为物质。由于冲击波的表面,污染物扩散到最小的灰尘颗粒、颗粒或碎屑上。当激光移出光区时,等离子体消失,形成局部真空并清除表面的污染物或污垢。
为防止损坏基板,可使用更高功率(1012 W/cm2)的激光对材料表面上方的空气进行电离,产生等离子冲击波以去除材料表面的污染物。移除需要移除的材料。 † † 设备。等离子体可以引起非常强的冲击波,但引起冲击波并不一定会产生等离子体。快速蒸发引起的蒸气压也会影响基材。例如,在材料表面涂上一层液膜。一个例子是使用快速蒸发过程来提高清洁效率的“蒸汽”清洁方法。
由于短脉冲,材料的加热和冷却过程发生得非常快。由于不同的材料具有不同的热膨胀系数,表面和基板上的污染物在暴露于短脉冲激光时会经历不同程度的高频热膨胀和收缩,从而产生释放污染物的振动。材料表面。在这个分离过程中,材料不会蒸发或形成等离子体,但在杂质与基体界面产生的研磨力会破坏杂质之间的结合。和基板。 † † 研究表明,激光距离角的轻微增加可以增加激光与污染物和基板之间界面的接触,从而降低激光清洁阈值。 ,振动效果更清晰,清洁效率更好。 † 但是,冲击角度不应太大。过大的距离角会降低作用在材料表面的能量密度,影响清洁激光的能力。
激光清洗应用和未来展望
激光清洗广泛应用于航空航天、高速、汽车、造船、半导体、模具和核电站等众多行业。
激光脱漆可用于清洁飞机、高速火车和其他维护工作的饰面,以及精确的染料脱漆。镀膜必须注意激光对基材表面造成的损伤,选择合适的光源和外光路设计。如果去除航空铝合金表面的油漆,还必须保证铝合金表面的阳极氧化膜不被破坏,并且必须保护铝合金表面的阳极氧化膜。直到激光漆被去除。保证一定的清洗效率也是大面积清洗漆生产和应用的要求。
许多大型钢结构、设备和基础设施的制造过程中使用了大量钢材。在钢材的运输和储存过程中,表面与潮湿环境、汗水或其他腐蚀性环境接触容易腐蚀。局部锈蚀激光清洗技术是一个不错的选择。 200W MOPA 脉冲光纤激光器用于除锈,功率在每小时 5 到 20 平方米之间(取决于锈蚀程度)。
使用中的复合模、环模等橡胶制品模具的定期清洗,可以用激光清洗技术代替,以提高效率或降低传统手工打磨、干冰清洗或喷砂等的成本。例如,在功率几乎相同的情况下,使用激光清洗的带材清洗成本可以低于干冰清洗的 1/10。
除上述应用外,激光清洗技术还可以用于许多工艺,例如: B. 焊缝预处理、涂层去除和油品净化,使其难以识别。由于我国的应用研发比欧美晚,行业往往落后于欧美。公开资料显示,美国改进了使用激光清洗技术来清洗F-16战机和C-130运输机的表面。劳斯莱斯飞机发动机中使用的数十种钛合金部件都采用了激光表面清洁技术。这些应用在我国仍处于试验阶段,但激光清洗技术积极发展的需求和机遇也可见一斑。
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