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;