激光清洗在工业中的应用docx

2026-10-20 21:28:57

　　

　　摘要激光清洗技术是一种能够迅速清洁物体表面的新型技术，它的原理基于激光的高能密度和激光脉冲的冲击和振动。激光清洗技术不仅在维修以及工业生产中有很大的作用，而且它所应对的未来市场有很大的拓展空间。我们通过研究激光清洗的基本理念，以及激光干洗法等其他清洗方法，与国内外不同种类的激光清洗进行比较，对现在的发展状况做更进一步的研究。将激光清洗与老旧的传统清洗方法做比较。举例在工业中存在的较成熟的应用，对其在国内制造业的发展与革新进行了展望。

　　在1969年，Beadair等[1]最先提出了激光清洗的概念。激光清洗有很好的发展前景，并且它的清洗效果好，效率高、较高的控制精度、非接触下良好的接近性、广泛的适用范围、较低的运用成本、对环境无污染等优点。和通常的工业清洗形成了对比。有望取代现有的清洗方法的一部分或者全部，成为21世纪最具潜力的环保清洗技术[2]。近年来，随着社会和技术的发展，在环境和高精度的要求下，激光清洗已成为产业清洗领域备受关注的研究项目之一。如今在工业领域更高标准的严格要求，是人们每天都在追求的目标，不断有学者对激光清洗的理论以及实际操控有深入的研究。对于激光清洗材料以及表面的材质，人们提出了更高标准的要求。对于现在所生产出来的清洗机械来说，清洗的精度以及效率是人们看好的亮点。

　　激光清洗技术是利用基材与基材表面附着物对激光吸收系数的不同(激光能量应处于清洗阈值和基材破坏阈值之间,在保证清洗效果良好的同时不破坏基材),把激光的高能密度和激光脉冲的冲击与振动,作用在待清洗物体表面,使其表面的附着物或涂层发生瞬间蒸发和剥离,从而实现清洁的过程。

　　激光清洗是一个真实存在的作用过程，存在着一定的理化反应。材料的去除机制有很多种类。例如迁移、分解、离子化、熔化、降解、燃烧、气化、振动、飞散、膨胀、收缩、爆炸、剥离、脱落等。许多研究人员为此进行了很多种类的不同物质的检测，它们之间存在一些化学性质稳定的化学键[3-9]。它们里面有的化学键性质稳定，不会被轻易破坏。

　　吸附力是一种物理性质的力，主要存在于量级小的污染物中，类似我们可以拿物理学中的一个相互作用力的公式来计算共同存在于一个平面里的机体之间的吸附力：

　　我们对上述表达式进行解析说明，式中的a是与清洗所用到的材料有关系的一个常数。Z是小球与基体最小的距离，但由于实际平面基体与小球并不规则，所以这种公式计算出来的数值会存在一定的误PG电子通信差。

　　同样毛细之间的作用力是因为物质与物质之间发生毛细作用时所产生的力计算公式如下：

　　值得人们注意的是，吸附力的数值会远大于微粒的自身重力。并且在一定程度上都会与粒子的直径有着密切的关系。牛顿的第二定律可以告诉我们，当一个粒子附着在固体表面之后，清除掉粒子所需的加速度与粒子的质量成反比，这也就是说，对于传统的清洗方法而言，清洗较大颗粒污染物的难度就会比清洗较小颗粒污染物的难度大。

　　激光清洗是在不损坏基体本身的情况下，破坏污染物和物体之间的这些力。对于不同的污染物而言，它们所对应的激光清除机理是不同的，所以为了更好地解决这种不同污染物与激光之间的问题，科学家们提出了更多的理论模型:

　　1)?在一定的时间与空间中能量的高度集中，聚集成激光束，可以瞬间产生几千度或者几万度的高温使污垢瞬间消失。

　　2)?激光在作用时形成发散角度小的方向性光束，当污染物的膨胀率大于污染物对机体的吸收能力时，污染物就会消失

　　3)?激光束可以通过在固体的表面产生一定的超声波来判断污染物的位置，通过机械共振的形式，将污染物在较大区域内清除[10]，并且通过一定的工序，可以让污染物彻底的消失，同时，应用计算机技术对清洗物品的表面进行监控，从而达到自动清洗的效果。

　　处于典型状态的激光清洗方法，有激光烧灼类清洗法以及干洗和液膜辅助方法，激光+惰性气体法，多种方法的相互结合，在使用过程中可以达到更好的清洗效果。

　　1)?激光干洗法:?产生一种高效的激光束，直接照射污染的地方，并且与基体或者附着的颗粒产生共振效果，让污染物与被清洗的的物品二者分离。

　　2)?液膜辅助激光清洗:?基体表面厚度约为以10μm左右的水膜或微量的甲醇或乙醇和水的混合液一般被认作所说的液膜，液膜的沸腾气化和液膜的振动是此方法清除污染物的主要清洗机理。最先，将一层液膜沉积在待清洗材料的表面，然后通过用激光照射液膜，以此到达去除污垢的目的[11]。激光照射在液膜上时，由于激光束的高能量，液膜会被激光束迅速加热，产生爆炸性汽化，基体表面的污垢会受到爆炸性气化的冲击波而松脱，然后随着冲击波飞离基材的表面，从而达到去污的目的。3)?激光+惰性气体法:?随着激光的照射，充入一定量的惰性气体，可以防止物品的表面被破坏，并且气体的强大推力能将污染物吹离物品表面，达到清洁的效果。

　　激光清洗就是激光的一种聚合形态的高能应用，用于蒸发或分离粒子。激光清洗的办法现在已经得到了越来越多的应用，它有着很多的优势。

　　激光清洗对环境基本没有什么影响，不需要清洗液和其他会产生污染的溶液,清洁效果也远远优于传统工业清洗中的化学清洗方式，清洗掉的污染物大部分是固体状粉末，体积不大，易寄存回收，避免废料对环境的再次污染。

　　减少对基材的损伤，激光清洗的无研磨和非接触性特点减少了对基材的损伤，可以通过调节激光器的参数达到有效去除污染物的同时而不会对基体表面造成伤害的效果。

　　激光清洗具有不直接接触被清洗物体的特点，所以不易达到的地方的清洗不再是难事。通过高能信号的传导，激光可以与现代化的机械相互合作，实现远程操控，在某些危险系数比较高的作业环境下能够确保人员的安全。

　　运行成本低。虽然激光清洗系统设备昂贵，在一开始投资较高高，但一套设备设备可以长期有效运营，所以总的来说运行成本低。

　　清洁度高。激光清洗可以清洗各种材料表面的各种不同性质的污染物质，是常规传统工业清洗没有办法达到的清洁效果。

　　激光清洗与传统工业清洗相比，自动化程度高，清洗过程不复杂,加快了生产的速度。

　　在当今迅速发展的工业领域中常常需要用到清洗技术,工业产品中的的集成电路,电镀,磷酸盐处理、喷漆、焊接、封装及组装时,为了确保品质,表面润滑脂,灰尘,铁锈及残留溶剂粘合剂有必要清除。表面的污染物通常以锈和润滑脂居多，灰尘和其他各种尺寸较小的粒子等其他的杂质混合其中。传统的工业清洗方法可以大致分为以下三种:(1)物理式的清洗方法，即通过简单的物理作用，比如擦、刷、削的物理方法，使所需清洗材料的表面通过一系列物理变化而达到清除污垢的目的;(2)化学式的清洗方法，此方法主要是利用有机洗涤剂，将基材表面的污染物喷洒有机化学洗涤剂，然后在淋浴或高频振动等条件下从而达到清除基材表面污染物的目的;(3)超声波清洗方法，即利用超声波的高频特性，通过超声波的高频率振动，将处在水或其他溶剂中的待清洗工件的表面污染物振动脱落，从而达到清除污染物的目的。

　　物理式的清洗虽然操作简单、方便灵活,但还是有很多的不足之处。主要是需要过大的劳动强度,其次会产生严重噪声污染,即使污物被从基体表面清除掉，但是污染物会极有可能再次粘附在基体表面，对工件造成二次污染,而且如果操作时的方法和参数不适合被清洗的工件,不但很难去除表面的污染物保证清洗效果,还容易损伤甚至损坏所加工的工件。如果为了提高清洗效果和清洗的精度而采用先进的设备的方法，那么就会带来运行成本昂贵的问题。针对不同的材质和硬度表面,清洗的流程方法和各种参数就会产生差异，所以目前这种简单的物理机械清洗方法只适用于体型较大和对精度要求较低的零件。

　　化学清洗方法的应用比物理清洗方法更加广泛。它一般使用酸性、碱性和除锈剂等化学溶剂去除锈垢,尽管清洗液中加入了缓蚀剂,但由于对待清洗物体清洗时的时间难以有效把握,所以仍会对基体造成不同程度的腐蚀,甚至产生“氢脆”[12]。同时,通过化学清洗后产生的化学废料和废液，难以回收处理，会对环境造成污染。

　　随着集成电路的发展，对清洗精度的要求越来越高，随着对器件表面清洁度越来越高的要求，清洗方式的清洁结果和清洁度也必须随之提高。超声波清洗是当下传统工业清洗中清洗精度最高的清洗方法,但是其清洗范围和能力有限，无法清洗掉微电子产品中量级较小的极小污染粒子,且为了发挥其最优的清洗效果，被清洗的工件必须位于其高频振动声波的中心部位，这一些列的要求导致清洗效果对一些精度要求较高的工件来说并不理想，这影响着高精度电子工业的发展。此外该方法也需要用到清洗剂，再就是经过清PG电子通信洗的工件要经过干燥处理，如果工件清洗后的干燥工艺与清洗工艺不匹配，那清洗出来的工件容易发生再次氧化污染。

　　可见,虽然传统的工业清洗方法在当今还应用在较大范围的工业领域,但其本身的局限性和短板显而易见，并不能满足现在的工业要求:高清洁度的清洗要求是物理式清洗方法无法满足的；当下环境污染是化学清洗需要考虑的重要问题之一，并且要想清除掉物体表面的污染物，大部分情况下是无法通过化学方法一步达成的，需要经过多个步骤和多种化学清洗剂来逐步实现。清洗精度最高的超声波清洗方法却无法清洗量级较小的颗粒污染物，并且清洗的要求也比较多，其次通过超声波清洗后的物件干燥问题有是一道难题。在传统工业清洗方法无法满足当今越来越高清洗要求之时。我们需要一种高效环保的新的清洗方式。激光清洗技术作为一项新兴清洗技术,能适应各种表面污物的清洗,对环境污染极小,也不损伤基体,弥补了传统清洗的短板和缺陷,并因其固有的许多优点而展示了广阔的应用前景[13]。

　　磁盘是人们日常生活中常见的一种记录工具，磁盘的清洁工作往往是让人比较伤脑的一件工作。在磁盘运行的过程中，即使是次微米级别的污染物，也会导致磁头滑块以及磁盘的损伤。传统的清洗方法是采用超声波清洗，这种清洗方法无法去除更细小的微粒，并且，清洗完成后干燥不全面，同样会导致磁盘的损坏。采用激光清洗技术，可很好的解决上面的难题，同时在清洗的过程中，可以对指定的部位进行清洗，新加坡国立大学在实验的过程中对激光清洗做出研究。激光清洗所配备的电子准分子激光器，可以通过电子显微镜和计算机相互结合的工作状态，再通过二氧化硅棱镜的转化激光的强弱。然后用光学显微镜和扫描电镜观察所清洗的效果。研究的数据直观的告诉我们，九成以上的铝粒子等其他污染物全部被清洗干净，同时在一定程度上也保证了磁头的精密程度，它同时也能达到更高的清晰标准，以及简便的操作流程，在一定程度上说明激光清洗的可行性，同时也意味着激光清洗有着更好的应用发展前景。

　　以前常用的清洗物体表面油漆的方法大多为简单的物理方法，在物体表面喷砂或者是用钢刷打磨，这样就会导致工作的效率低，清洗的成本高，同时也会污染环境，用激光清洗的办法能够清除物品表面的油漆，并且不会破坏基体的表面，

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