Lazer arassalaýyş tehnologiýasynyň prinsipi, görnüşleri we ulanylyşy

Prinsip, görnüşleri we ulanylyş ugurlarylazer bilen arassalamaktehnologiýa

Lazer arassalaýyş tehnologiýasy inženerçilik ulgamynda lazer tehnologiýasynyň üstünlikli ulanylmagydyr. Onuň esasy prinsipi lazeriň ýokary energiýa dykyzlygyny ulanyp, iş böleginiň substratyna ýapyşýan hapaçylyklar bilen özara täsirleşmek we olaryň substratdan derrew termal giňelme, ereme we gaz bugarmasy görnüşinde bölünmegine sebäp bolmakdyr. Lazer arassalaýyş tehnologiýasy ýokary netijeliligi, ekologiýa taýdan arassalygy we energiýa tygşytlamagy bilen häsiýetlendirilýär. Ol teker galyplaryny arassalamak, uçaryň kuzowynyň boýagyny aýyrmak we medeni ýadygärlikleri dikeltmek ýaly ugurlarda üstünlikli ulanyldy.

Adaty arassalaýyş tehnologiýalaryna şular girýärmehaniki sürtülme arassalamak(çäge bilen arassalamak, ýokary basyşly suw çüwdürimi bilen arassalamak we ş.m.), himiki korroziýa arassalamak, ultrases bilen arassalamak, gurak buz bilen arassalamak we ş.m. Bu arassalaýyş tehnologiýalary dürli pudaklarda giňden ulanylýar. Mysal üçin, çäge bilen arassalamak, dürli gatylykdaky abraziwleri saýlamak arkaly metal pos tegmillerini, metal ýüzündäki çişlikleri we üç çydamly laklary aýryp biler. Himiki korroziýa arassalamak tehnologiýasy enjamlaryň ýüzündäki ýag tegmillerini, gazanlardaky we nebit turbalaryndaky gabyklary arassalamakda giňden ulanylýar. Bu arassalaýyş tehnologiýalary gowy işlenip düzülse-de, olarda käbir meseleler bar. Mysal üçin, çäge bilen arassalamak, işlenen ýüze aňsatlyk bilen zyýan ýetirip biler we himiki korroziýa arassalamak, dogry işlenilmedik halatynda daşky gurşawyň hapalanmagyna we arassalanan ýüzüň poslanmagyna sebäp bolup biler. Lazer bilen arassalamak tehnologiýasynyň peýda bolmagy arassalaýyş tehnologiýasynda rewolýusiýany aňladýar. Ol ýokary energiýa dykyzlygyndan, ýokary takyklykdan we lazer energiýasynyň netijeli geçirilmeginden peýdalanýar we arassalaýyş netijeliligi, arassalaýyş takyklygy we arassalamak ýeri babatda däp bolan arassalaýyş tehnologiýalaryndan aýdyň artykmaçlyklara eýedir. Ol himiki korroziýa arassalamak we beýleki arassalaýyş tehnologiýalary sebäpli daşky gurşawyň hapalanmagynyň öňüni netijeli alyp biler we substrata zyýan ýetirmez.

Thelazer bilen arassalamak prinsipi

Lazer arassalamak näme? Lazer arassalamak, gaty (ýa-da käwagt suwuk) jisimiň ýüzünden materialy aýyrmak üçin lazer şöhlesiniň ulanylýan prosesidir. Pes lazer akymynda material siňdirilen lazer energiýasy bilen gyzdyrylýar we buharlanýar ýa-da sublimasiýa bolýar. Ýokary lazer akymynda material adatça plazma öwrülýär. Adatça, lazer arassalamak impulsly lazerleri ulanyp materialy aýyrmak diýmekdir, ýöne lazer intensiwligi ýeterlik derejede ýokary bolsa, materialy ablýasiýa etmek üçin üznüksiz tolkunly lazer şöhlesi ulanylyp bilner. Çuňňur ultramelewşe şöhlesiniň eksimer lazeri esasan optiki ablýasiýa üçin ulanylýar. Optiki ablýasiýa üçin ulanylýan lazer tolkun uzynlygy takmynan 200 nm. Lazer energiýasynyň siňdiriliş çuňlugy we ýeke lazer impulsy bilen aýrylan materialyň mukdary materialyň optiki häsiýetlerine, şeýle hem lazer tolkun uzynlygyna we impuls uzynlygyna baglydyr. Her bir lazer impulsy bilen nyşanadan ablýasiýanyň umumy massasy adatça ablýasiýanyň tizligi diýlip atlandyrylýar. Lazer şöhlesiniň skanirleme tizligi we skanirleme çyzygynyň örtügi we ş.m. ablýasiýa prosesine düýpli täsir eder.

Lazer arassalaýyş tehnologiýasynyň görnüşleri

1) Lazer bilen gurak arassalamak: Gury lazer bilen arassalamak, arassalaýjy iş böleginiň impulsly lazer bilen gönüden-göni şöhlelenmegine degişlidir, bu bolsa esas ýa-da ýüzdäki hapalaryň energiýany özüne siňdirmegine we temperaturasynyň ýokarlanmagyna sebäp bolýar, netijede esas termal giňelmegine ýa-da termal titremesine sebäp bolýar we şeýdip ikisini bölýär. Bu usuly takmynan iki ýagdaýa bölmek bolýar: birinjisi, ýüzdäki hapalaryň lazer energiýasyny özüne siňdirip giňelmegi; ikinjisi, esas lazer energiýasyny özüne siňdirip, termal titremesini döretmegidir. 1969-njy ýylda SM Bedair we beýlekiler dürli ýüz bejeriş usullarynyň, ýagny ýylylyk bilen arassalamak, himiki korroziýa we çäge bilen arassalamak usullarynyň hemmesiniň dürli kemçilikleriniň bardygyny anykladylar. Şol bir wagtyň özünde, lazer bilen fokuslanandan soň ýokary energiýa dykyzlygy materialyň ýüziniň bugarmagy hadysasyny mümkin edip biler, bu bolsa materialyň ýüzini zaýalamazdan arassalamak mümkinçiligini döredýär. Tejribeler arkaly, 30 MW/sm2 kuwwatly dykyzlygy bolan rubin Q-switch lazerini ulanmagyň esasa zyýan ýetirmezden kremniý materialynyň ýüzdäki hapalary arassalap biljekdigi anyklandy we ilkinji gezek materialyň ýüzdäki hapalary lazer bilen gurak arassalamak amala aşyryldy. Umumy tizligi plýonka gatlagynyň bölekleriniň aýrylma tizligi bilen aşakdaky ýaly görkezmek bolar:

Formuladaky ε lazer impuls energiýa indeksini, h hapalaýjy plýonka gatlagynyň galyňlyk indeksini, E bolsa plýonka gatlagynyň elastiklik modul indeksini görkezýär.

2) Lazer bilen çygly arassalamak: Arassalanjak iş bölegi impulsly lazere sezewar edilmezden öň, ýüzi öňünden örtýän suwuklyk plýonkasy çalynýar. Lazeriň täsiri bilen suwuklyk plýonkasynyň temperaturasy çalt ýokarlanýar we buglanýar. Buglanma pursatynda hapalaýjy bölejiklere täsir edýän we olaryň substratdan aýrylmagyna sebäp bolýan täsir tolkunlary döreýär. Bu usul substratyň we suwuklyk plýonkasynyň biri-biri bilen reaksiýa girmezligini talap edýär, şeýlelik bilen ulanylýan materiallaryň gerimini çäklendirýär. 1991-nji ýylda K. Imen we beýlekiler däp bolan arassalamak usullary ulanylandan soň ýarymgeçiriji plastinkalaryň we metal materiallaryň ýüzünde galan submikron bölejik hapalaýjylarynyň meselesini çözdüler we lazer energiýasyny netijeli siňdirip bilýän material substratynyň ýüzüne plýonka çalmagyň ulanylyşyny öwrendiler. Soňra, CO2 lazerini ulanmak bilen, plýonka lazer energiýasyny siňdirdi we temperaturasyny çalt ýokarlandyrdy we gaýnadyp, partlaýjy buglanmany döretdi, bu bolsa substratyň ýüzünden hapalaýjylary aýyrdy. Bu arassalamak usuly lazer bilen çygly arassalamak diýlip atlandyrylýar.

3) Lazer Plazma Şok Tolkunyny Arassalamak: Lazer plazma şok tolkunlary, lazer howa gurşawyny şöhlelendirip, sferiki plazma şok tolkunynyň emele gelmegine sebäp bolanda döreýär. Şok tolkun arassalanjak iş böleginiň ýüzünde täsir edýär we hapa maddalary aýyrmak üçin energiýany bölüp çykarýar. Lazer substrata täsir etmeýär, şonuň üçin substrata zyýan ýetirmeýär. Lazer plazma şok tolkunyny arassalamak tehnologiýasy indi diametri onlarça nanometr bolan bölejikleri arassalap bilýär we lazer tolkun uzynlygynda hiç hili çäklendirme ýok. Plazma arassalamagyň fiziki prinsipini aşakdaky ýaly jemlemek bolar: a) Lazer tarapyndan çykarylýan lazer şöhlesi işlenen ýüzdäki hapa gatlagy tarapyndan siňdirilýär. b) Siňdirilişiň köp mukdary çalt giňelýän plazmany (ýokary derejede ionlaşdyrylan durnuksyz gaz) emele getirýär we zarba tolkunyny döredýär. c) Zarba tolkun hapa maddalaryň böleklere bölünmegine we aýrylmagyna sebäp bolýar. d) Işlenen ýüze zyýan ýetirip biljek termal toplanmanyň öňüni almak üçin ýagtylyk impulsynyň impuls giňligi ýeterlik derejede gysga bolmaly. e) Tejribeler metal ýüzünde oksidler bolanda, metal ýüzünde plazmanyň emele gelýändigini görkezdi. Plazma diňe energiýa dykyzlygy bosagadan geçende emele gelýär, bu bolsa aýrylan hapalanma gatlagyna ýa-da oksid gatlagyna baglydyr. Bu bosaga täsiri substrat materialynyň howpsuzlygyny üpjün etmek bilen birlikde netijeli arassalamak üçin örän möhümdir. Plazmanyň daşky görnüşiniň hem ikinji bosagasy bar. Eger energiýa dykyzlygy bu bosagadan geçse, substrat materialy zaýalanar. Substrat materialynyň howpsuzlygyny üpjün etmek bilen bilelikde netijeli arassalamak üçin, ýagtylyk impulsynyň energiýa dykyzlygynyň iki bosaganyň arasynda bolmagyny üpjün etmek üçin lazer parametrleri ýagdaýa görä sazlanmalydyr. 2001-nji ýylda JM Li we beýlekiler ýokary kuwwatly lazerleriň fokuslananda plazma şok tolkunlaryny öndürýändigi aýratynlygyny ulandylar we kremniý waferine parallel şöhlelendirmek üçin 2,0 J/sm2 energiýa dykyzlygy bolan (kremniý waferleriniň zyýan bosagasyndan has ýokary) impuls lazerini ulandylar we kremniý waferiniň ýüzünde adsorbsiýa edilen 1 μm wolfram bölejiklerini üstünlikli arassaladylar. Bu arassalamak usuly lazer plazma şok tolkunyny arassalamak diýlip atlandyrylýar we takyk aýdylanda, lazer plazma şok tolkunyny arassalamak gurak lazer arassalamagyň bir görnüşidir. Bu üç lazer arassalaýyş tehnologiýasynyň asyl maksady ýarymgeçiriji plastinkalaryň ýüzündäki kiçijik bölejikleri arassalamakdy. Lazer arassalaýyş tehnologiýasynyň ýarymgeçiriji tehnologiýasynyň ösmegi bilen ýüze çykandygyny aýtmak bolar. Şeýle-de bolsa, lazer arassalaýyş tehnologiýasy teker galyplaryny arassalamak, uçaryň deri boýagyny aýyrmak we artefakt ýüzüni dikeltmek ýaly beýleki ugurlarda hem yzygiderli ulanylyp gelinýär. Lazer şöhlelenmesi astynda inert gaz substrat ýüzüne üflenip bilner. Hapa maddalar ýüzünden aýrylanda, gaýtadan hapalanmagyň we ýüzüň oksidlenmeginiň öňüni almak üçin olar derrew gaz tarapyndan ýüzünden üflenip çykarylar.

Thelazer arassalamak tehnologiýasynyň ulanylyşy

1) Ýarymgeçirijiler ulgamynda ýarymgeçiriji plastinkalary we optiki substratlary arassalamak şol bir prosesi öz içine alýar, ýagny çig maly kesmek, üwemek we ş.m. arkaly zerur görnüşlere getirmek. Bu prosesde bölejikli hapalanmalar goşulýar, olary aýyrmak kyn we gaýtalanýan hapalanma meselelerini döredýär. Ýarymgeçiriji plastinkalaryň ýüzündäki hapalanmalar elektron plata çap etmegiň hiline täsir edip, ýarymgeçiriji çipleriň ömrüni gysgaldyp biler. Optiki substratlaryň ýüzündäki hapalanmalar optiki enjamlaryň we örtükleriň hiline täsir edip, deň däl energiýa paýlanyşyna getirip, ömrüni gysgaldyp biler. Lazerli gurak arassalamak substratyň ýüzüne zyýan ýetirmäge meýilli bolany üçin, bu arassalamak usuly ýarymgeçiriji plastinkalary we optiki substratlary arassalamakda az ulanylýar. Lazerli çygly arassalamak we lazer plazma şok tolkunlaryny arassalamak bu ugurda has üstünlikli ulanylyşlara eýedir. Şu Çuanyi we beýlekiler ultra ýumşak optiki substratlaryň ýüzüne dielektrik plýonka hökmünde mikro ölçegli ýörite magnit boýagynyň çökmegini öwrendiler we soňra arassalamak üçin impulsly lazer ulandylar. Arassalaýyş täsiri gowy boldy, emma birlik meýdandaky hapa bölejikleriniň sany artdy, hapa bölejikleriniň ölçegi we örtük meýdany ep-esli azaldy. Bu usul ultra ýumşak optiki substratlaryň ýüzündäki mikro ölçegli hapa bölejiklerini netijeli arassalap bilýär. Çžan Ping lazer plazma arassalaýyş tehnologiýasynda dürli bölejik ölçegli hapalaryň arassalaýyş täsirine iş aralygynyň we lazer energiýasynyň täsirini öwrendi. Eksperimental netijeler geçiriji aýna substratlarynda polistirol bölejikleri üçin 240 mJ energiýa üçin optimal iş aralygynyň 1,90 mm bolandygyny görkezdi. Lazer energiýasy artdygyça, arassalaýyş täsiri ep-esli gowulaşdy we uly bölejikli hapalary arassalamak aňsatlaşdy.

2) Metal materiallar ulgamynda metal materiallaryň ýüzlerini arassalamak ýarymgeçiriji plitalary we optiki substratlary arassalamakdan tapawutlanýar. Arassalanmaly hapalanmalar makroskopik kategoriýa degişlidir. Metal materiallaryň ýüzündäki hapalanmalar esasan oksid gatlagyny (pas gatlagyny), boýag gatlagyny, örtügi we beýleki goşundylardan ybarat bolup, organiki hapalanmalara (boýag gatlagy, örtük ýaly) we organiki däl hapalanmalara (pas gatlagy ýaly) bölünip bilner. Metal materiallaryň ýüzündäki hapalanmalary arassalamak, esasan, soňraky gaýtadan işlemegiň ýa-da ulanmagyň talaplaryny kanagatlandyrmak üçin, meselem, kebşirlemezden öň titan ergin bölekleriniň ýüzünden takmynan 10 μm oksid gatlagyny aýyrmak, uçaryň esasy abatlaýyş işleri wagtynda deri ýüzündäki asyl boýag örtügini aýyrmak we ýüzüň arassalygyny we galypyň hilini we ömrüni üpjün etmek üçin rezin şina galypyna birikdirilen rezin bölejiklerini yzygiderli arassalamak üçin amala aşyrylýar. Metal materiallaryň zyýan çägi olaryň ýüzündäki hapalanmalaryň lazer bilen arassalamak çäginden ýokarydyr. Degişli güýçli lazer saýlamak arkaly has gowy arassalamak täsirine ýetip bolýar. Bu tehnologiýa käbir ugurlarda öňden ulanylyp gelindi. Wang Lihua we beýlekiler alýumin erginleriniň we titan erginleriniň ýüzlerindeki oksid örtüklerini bejermekde lazer arassalaýyş tehnologiýasynyň ulanylyşyny öwrendiler. Gözleg netijeleri 5,1 J/sm2 energiýa dykyzlygy bolan lazeri ulanmagyň A5083-111H alýumin ergininiň ýüzündäki oksid gatlagyny arassalap biljekdigini we substratyň gowy hilini saklap galyp biljekdigini, ortaça 100 W kuwwaty bolan impulsly lazeri skanirleme usulynda ulanmagyň titan erginleriniň ýüzündäki oksid gatlagyny netijeli arassalap, materialyň ýüzüniň berkligini ýokarlandyryp biljekdigini görkezdi. Ruike Laser, Daqu Laser we Shenzhen Chuangxin ýaly ýerli kompaniýalar tekerler, metal pos gatlaklary we bölekleriň ýüzündäki ýag lekeleri ýaly rezin galyplary arassalamak üçin giňden ulanylýan lazer arassalaýyş enjamlaryny işläp düzdüler.

3) Medeni ýadygärlikler ulgamynda, uzak taryhy sebäpli ýüzünde peýda bolýan hapaçylyklary, ýagny hapaçylyklary aýyrmak üçin metal we daş ýadygärliklerini we kagyz ýüzlerini arassalamak zerurdyr. Bu hapaçylyklary dikeltmek üçin olary aýyrmak gerek. Hatligat we surat ýaly kagyz eserleri üçin nädogry saklananda, olaryň ýüzünde kömelek ösýär we tegmiller emele getirýär. Bu tegmiller kagyzyň asyl görnüşine, esasanam ýokary medeni ýa-da taryhy gymmaty bolan kagyz üçin düýpli täsir edýär, bu bolsa onuň gymmatyna we goragyna täsir eder. Çžao Ýing we beýlekiler kagyz kagyzlaryndaky kömelek tegmillerini arassalamak üçin ultramelewşe lazer ulanmagyň mümkinçiligini öwrendiler. Eksperimental netijeler 3,2 J/mm2 energiýa dykyzlygy bolan lazeri bir gezek skanirlemek üçin ulanmagyň inçe tegmilleri aýryp biljekdigini, iki gezek skanirlemek bolsa tegmilleri doly aýryp biljekdigini görkezdi. Şeýle-de bolsa, ulanylan lazer energiýasy gaty ýokary bolsa, tegmilleri aýyrýarka kagyz kagyzyna zyýan ýetirer. Çžao Sýaotong we beýlekiler lazer dik şöhlelendirme suwuk plýonka usulyny ulanyp, altyn çaýylan bürünç ýadygärlik galdyryjyny üstünlikli dikeltdiler. Çžao Liçeng we beýlekiler Han dinastiýasynyň suratly zenan küýze heýkeljigini dikeltmekde lazer arassalamak tehnologiýasyny ulandylar. Ýuan Sýaodong we beýlekiler lazer bilen arassalamak tehnologiýasynyň daş galyndylaryny arassalamakdaky täsirini öwrendiler we arassalamakdan öň we soň çäge daşynyň göwdesine ýetirilen zyýany, şeýle hem syýa lekeleriniň, tüssäniň we boýag hapalanmagynyň arassalamakdaky täsirlerini deňeşdirdiler.

Netije: Lazer arassalaýyş tehnologiýasy awiasiýa, harby enjamlar, elektron we elektrik inženerçiligi ýaly ýokary takyklykly ugurlarda giň ylmy-barlag we ulanyş mümkinçiliklerine eýe bolan deňeşdirme boýunça ösen usuldyr. Häzirki wagtda lazer arassalaýyş tehnologiýasy netijeli, ekologiýa taýdan arassa we ajaýyp arassalaýyş netijeliligi sebäpli käbir ugurlarda üstünlikli ulanyldy. Onuň ulanylyş ugurlary kem-kemden giňelýär. Lazer arassalaýyş tehnologiýasynyň ösüşi diňe boýag aýyrmak we pos aýyrmak ýaly ugurlarda däl, eýsem soňky ýyllarda metal simlerdäki oksid gatlagyny arassalamak üçin lazeriň ulanylmagy barada hem maglumatlar peýda boldy. Bar bolan ulanylyş ugurlarynyň giňeldilmegi we täze ugurlaryň işlenip düzülmegi lazer arassalaýyş tehnologiýasynyň ösüşiniň esasyny düzýär. Täze lazer arassalaýyş enjamlaryny öwrenmek we işläp düzmek, şeýle hem täze lazer arassalaýyş enjamlaryny işläp düzmek dürli funksiýalary döredip, tapawutlandyryş görkezer. Geljekde senagat robotlary bilen hyzmatdaşlyk arkaly doly awtomatiki lazer arassalaýyşyna ýetmek hem mümkin. Lazer arassalaýyş tehnologiýasynyň ösüş meýili aşakdaky ýaly:

(1) Lazer arassalaýyş tehnologiýasyny ulanmaga ýol görkezmek üçin lazer arassalaýyş teoriýasy boýunça ylmy barlaglary güýçlendirmek. Köp sanly resminamalara göz aýlanandan soň, lazer arassalaýyş tehnologiýasyny goldaýan ýetişen nazary ulgamyň ýokdugy we gözlegleriň köpüsiniň tejribelere esaslanýandygy anyklandy. Lazer arassalaýyş teoriýasy ulgamyny döretmek lazer arassalaýyş tehnologiýasynyň mundan beýläk-de ösmeginiň we kämilleşmeginiň esasydyr.

(2) Bar bolan ulanylyş meýdanlarynyň we täze ulanylyş meýdanlarynyň giňeldilmegi. Lazer bilen arassalamak tehnologiýasy boýagy aýyrmak we pos aýyrmak ýaly ugurlarda üstünlikli ulanyldy we soňky ýyllarda metal simlerdäki oksid gatlagyny arassalamak üçin lazeriň ulanylandygy barada habarlar bar. Bar bolan ulanylyş meýdanlarynyň giňeldilmegi we täze meýdanlaryň özleşdirilmegi lazer bilen arassalamak tehnologiýasynyň ösmegi üçin bereketli toprakdyr.

(3) Täze lazer arassalaýjy enjamlaryň ylmy-barlag işleri we işlenip düzülmegi. Täze lazer arassalaýjy enjamlaryň işlenip düzülmegi tapawutlanmagy görkezer. Bir görnüşi, bir enjamyň bir wagtyň özünde boýagy aýyrmak we pos aýyrmak funksiýalaryny ýerine ýetirip bilmegi ýaly köp sanly ulanylyş ugurlaryny öz içine alýan belli bir uniwersallygy bolan enjamlardyr. Beýleki görnüşi, kiçi giňişliklerde hapa maddalary arassalamak funksiýasyny ýerine ýetirmek üçin belli bir enjamlary ýa-da optiki süýümleri dizaýn etmek ýaly belli bir zerurlyklar üçin ýöriteleşdirilen enjamlardyr. Senagat robotlary bilen hyzmatdaşlyk arkaly doly awtomatiki lazer arassalaýjy hem meşhur ulanylyş ugrydyr.