激光清洗技术概述及其在工业中的应用

　　摘要：激光清洗技术是一种新的高效无污染的清洗技术，与传统的清洗技术相比有很大的优势。在工业生产中，也常常需要用到清洗技术。概述了激光清洗技术在微电子器件清洗、航空制造业、模具清洗等领域的应用。关键词：激光；非接触；“绿色”清洗；工业应用

1. 前言

　　随着科学技术的发展，激光清洗技术应运而生。

　　激光清洗技术是指采用高能激光束照射工作表面，使表面的污物，锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清除清洁对象表面附着物或表面涂层，从而达到洁净的工艺过程。它是一种非接触加工，可方便地实现远距离操作，可以通过光导纤维传输与机器人或者机械手联合，方便地实现自动化操作；能清洗传统方法不易达到的部位；去污成本低；可以选择性地清洗材料表面的污物，不损伤材料的内部组成和结构。

　　在工业生产中，常常需要用到清洗技术。例如，工业制品在电镀、磷化、喷涂、焊接、包装以及集成线路的装配时，为保证下道工序中工件的质量，必须除去产品表面上的油脂、灰尘、锈垢或残留的溶剂、粘结剂等污物。

2. 激光清洗的原理

　　激光同电子束和离子束统称为高能束，共同特点是束流携带着很高的能量在空间传输，通过聚焦，在焦点附近可得到104～1015W／cm2功率密度的照射，是强度最高的热源。激光具有高亮度，高方向性、高单色性和高相干性的特点，这是普通光源所无法比拟的。利用激光的高亮度，经过透镜聚焦后，能在焦点附近产生上千度甚至上万度的温度。激光的高方向性使得激光能有效进行长距离传输。激光的单色性极高，波长单一，有利于聚焦和波长选择。

　　激光器发出的激光从光纤中传输到聚焦镜头，聚焦后从喷嘴内孔抵达需清洗工件表面。通常使用喷嘴，借助于与激光同轴的小孔喷嘴将具有一定压力的气体吹到清洗区。气体由辅助气源提供，其主要作用为防止镜头被飞溅物和烟尘污染，并起到净化工件表面，强化激光与材料的热作用。

物体表面附着的细微颗粒主要有氧化物和灰尘。激光清洗颗粒的机制是在激光束辐射下颗粒的热膨胀、基体表面的热膨胀和施于颗粒的光压等三种。当这些作用力的合力（清洗力）大于物体表面对颗粒的粘着力时，颗粒就会脱落，而得到清洗[1]。

3. 激光清洗技术的方法和特点

激光清洗方法有4种[4]：

　　⑴ 激光干洗法，即采用脉冲激光直接辐射去污；

　　⑵ 激光＋液膜方法，即首先沉积一层液膜于基体表面，然后用激光辐射去污；当激光照射于液膜上时，液膜急剧受热，产生爆炸性汽化，爆炸性冲击波使基体表面的污物松散。并随冲击波飞离加工物体表面，达到去污的目的。

　　⑶ 激光＋惰性气体的方法，即在激光辐射的同时，用惰性气体吹向基体表面，当污物从表面剥离后会立即被气体吹离表面，以避免表面被再次污染和氧化；

⑷ 运用激光使污垢松散后，再用非腐蚀性化学方法清洗。目前，常用的是前三种方法。

工业中传统的清洗方法可以归纳为三类：

(1) 机械清洗法，即采用刮、擦、刷的等手段达到清除表面污染物的目的；

　　(2) 湿法化学清洗法，他利用有机清洗剂，通过喷、淋或高频振动一除去油污等表面附着物；

　　(3) 超声波清洗法，将零件放入水或有机溶剂中，足利用超声波振动效应清除污垢。其中，超声波清洗方法在传统清洗法中达到的洁净度最高，但是工件必须位于声波振动中心才能使清洗效果均匀，而且无法清洗大尺寸的零件或者物品，工件清洗后干燥时容易氧化。

　　目前这三种清洗方法在我国清洗市场中仍占主导地位，但在环境保护和高精度要求下其应用受到很大的限制。机械清洗法无法满足高清洁度清洗要求，容易损伤被清洗工件的表面；而化学清洗方法容易导致环境污染，获得的清洁度也很有限，特别是当污垢成分复杂时，必须选用多种清洗剂反复清洗才可能满足表面消洁度的要求。超声波清洗法尽管清洗效果不错，但对亚微米级污粒的清洗无能为力，清洗槽的尺寸限制了加工零件的范围和复杂程度，而且清洗后对工件的干燥亦是一大难题[3]。
　　与传统清洗方法相比，激光清洗技术具有一些特有的优点：

　　(1) 不需要清洁液或其它化学溶液，它清除的废料基本上都是固体粉末，体积小，易于存放，对环境基本上不造成污染，是一种“绿色”清洗工艺，且清洁度远远高于化学清洗工艺；

　　(2) 清除污物的范围和适用的基材范围十分广泛；通过调控激光工艺参数，激光清洗还可以选择性地清洗材料表面的污物，不损伤材料的内部组成和结构，使表面复旧如新；

　　(3) 激光清洗是一种非接触加工，可方便地实现远距离操作，可以通过光导纤维传输，与机器人或者机械手联合，能清洗传统方法不易达到的部位。激光清洗有高的适应性和柔性，可以方便地实现自动化操作；

　　⑷ 激光去污设备可以长期稳定使用，一般只需要电费和维护费用，运行成本低，而且可以方便地实现自动化操作。

查看本帖完整版本: [-- 激光清洗技术概述及其在工业中的应用 --] [-- top --]