Principium, genera et applicationespurgatio lasericatechnologia
Ars purgationis lasericae est applicatio prospera technologiae lasericae in campo machinali. Principium eius fundamentale est ut densitate energiae lasericae alta utatur ad interactionem cum sordibus adhaerentibus substrato operis, faciendo ut a substrato separentur in forma expansionis thermalis, liquefactionis, et evaporationis gasis instantaneae. Ars purgationis lasericae insignitur efficacia magna, amicitia cum ambiente, et conservatione energiae. Feliciter adhibita est in campis ut purgatio formae pneumaticorum, remotio picturae corporum aeroplanorum, et restauratio reliquiarum culturalium.
Technologiae purgationis traditionales includuntPurgatio frictionis mechanicae(purgatio sabulosa, purgatio aquae alta pressione, etc.), purgatio corrosionis chemicae, purgatio ultrasonica, purgatio glaciei siccae, etc. Hae technologiae purgationis late in variis industriis adhibitae sunt. Exempli gratia, purgatio sabulosa maculas ferruginis metallicae, bavas superficiei metallicae, et vernicem tri-resistentem in tabulis circuitis removere potest, abrasiva diversae duritiei eligendo. Technologia purgationis corrosionis chemicae late adhibetur in purgatione macularum olei in superficiebus instrumentorum, squamarum in caldariis, et fistularum olei. Quamquam hae technologiae purgationis bene evolutae sunt, tamen nonnulla problemata habent. Exempli gratia, purgatio sabulosa facile damnum superficiei tractatae inferre potest, et purgatio corrosionis chemica pollutionem environmentalem et corrosionem superficiei purgatae causare potest nisi recte tractatur. Ortus technologiae purgationis lasericae revolutionem in technologia purgationis repraesentat. Commodis densitatis energiae altae, praecisionis altae, et transmissionis efficacis energiae lasericae utitur, et commoda manifesta prae technologiarum purgationis traditionalium habet in terminis efficaciae purgationis, praecisionis purgationis, et loci purgationis. Pollutionem environmentalem a purgatione corrosionis chemicae et aliis technologiis purgationis causatam efficaciter vitare potest, nec damnum substrato inferet.
Theprincipium purgationis lasericae
Quid igitur est purgatio laserica? Purgatio laserica est processus ubi radius lasericus adhibetur ad materiam a superficie solidi (vel interdum liquidi) removendam. Fluxu laserico humili, materia ab energia laserica absorpta calefacta evaporat et evaporat vel sublimat. Fluxu laserico magno, materia plerumque in plasmam mutatur. Plerumque, purgatio laserica ad materiam removendam utens laseribus pulsatis refertur, sed si intensitas laserica satis alta est, radius lasericus undae continuae ad materiam ablandendam adhiberi potest. Laser excimer lucis ultravioletae profundae praecipue ad ablationem opticam adhibetur. Longitudo undae lasericae ad ablationem opticam adhibita est circiter 200nm. Profunditas absorptionis energiae lasericae et quantitas materiae uno impulsu laserico remotae pendent a proprietatibus opticis materiae, necnon a longitudine undae lasericae et longitudine impulsus. Massa totalis a scopo ablata a quolibet impulsu laserico plerumque "ratio ablationis" appellatur. Celeritas scansionis radii laserici et opertio lineae scansionis, etc., processum ablationis significanter afficiunt.
Genera Technologiae Purgationis Laser
1) Purgatio sicca laserica: Purgatio sicca laserica significat irradiationem directam materiae purgandae per laser pulsatilem, quae efficit ut sordes basis vel superficiei energiam absorbeant et temperatura augeantur, quod expansionem thermalem vel vibrationem thermalem basis efficit, ita ut duae res separent. Haec methodus in duas condiciones fere dividi potest: una est ut sordes superficiei energiam laseri absorbeant et expandant; altera est ut basis energiam laseri absorbeat et vibrationem thermalem generet. Anno 1969, SM Bedair et al. invenerunt varias methodos tractationis superficiei, ut tractationem caloris, corrosionem chemicam, et purgationem sabulosae, omnes diversas difficultates habere. Simul, alta densitas energiae post focum lasericum phaenomenon evaporationis superficiei materiae possibilem reddere potest, quod possibilitatem purgationis non destructivae superficiei materiae permittit. Per experimenta, inventum est usum laseris rubini Q-switched cum densitate potentiae 30 MW/cm2 purgationem sordium superficiei materiae siliconis sine damno basis assequi posse, et primum purgatio sicca laserica sordium superficiei materiae effecta est. Ratio generalis exprimi potest per rationem separationis fragmentorum strati pelliculae, hoc modo:
In formula, ε indicem energiae impulsuum laseris repraesentat, h indicem crassitudinis strati pelliculae polluentis, et E indicem moduli elasticitatis strati pelliculae repraesentat.
2) Purgatio Laser Humida: Antequam res purganda laseri pulsatili exponitur, pellicula liquida superficialis prae-obducens applicatur. Sub actione laseris, temperatura pelliculae liquidae celeriter crescit et vaporatur. Momento vaporisationis, unda impactus generatur, quae in particulas polluentes agit et eas a substrato separare facit. Haec methodus requirit ut substratum et pellicula liquida inter se non reagant, ita ambitum materiarum applicabilium limitat. Anno 1991, K. Imen et al. problema polluentium particularum sub-micronicarum residuarum in superficiebus laminarum semiconductorum et materiarum metallicarum tractaverunt, postquam methodi purgationis traditionales adhibitae sunt, et applicationem obductionis pelliculae in superficie substrati materialis quae energiam laseris efficaciter absorbere potest investigaverunt. Deinde, lasere CO2 utens, pellicula energiam laseris absorbuit et celeriter temperatura aucta et ebullivit, vaporizationem explosivam generans, quae polluentes a superficie substrati removit. Haec methodus purgationis purgatio laser humida appellatur.
3) Purgatio Undarum Impulsivarum Plasmatis Laser: Undae impulsivae plasmatis laser generantur cum laser medium aereum irradiat et undam impulsivam plasmatis sphaericam formari efficit. Unda impulsiva in superficiem materiae purgandae agit et energiam emittit ad sordes removendas. Laser in substratum non agit, ergo substrato non damnum infert. Technologia purgationis undarum impulsivarum plasmatis laser nunc particulas cum diametro aliquot decenarum nanometrorum purgare potest, et nullae restrictiones in longitudine undae laser sunt. Principium physicum purgationis plasmatis sic summari potest: a) Radius laser a laser emissus a strato contaminationis in superficie tractata absorbetur. b) Magna absorptionis quantitas plasmam celeriter expandentem (gas instabile valde ionizatum) format et undam impulsivam generat. c) Unda impulsiva sordes fragmentare et removere facit. d) Latitudo impulsus lucis satis brevis esse debet ad accumulationem thermalem vitandam quae superficiem tractatam laedere posset. e) Experimenta demonstraverunt cum oxida in superficie metallica sunt, plasmam in superficie metallica generari. Plasma tantum generatur cum densitas energiae limen excedit, quod a strato contaminationis vel strato oxidi remoto pendet. Hic effectus liminis magni momenti est ad purgationem efficientem dum salus materiae substrati servatur. Aspectus plasmatis etiam secundum limen habet. Si densitas energiae hoc limen excedit, materia substrati laedetur. Ad purgationem efficientem perficiendam dum salus materiae substrati servatur, parametri laseris secundum condicionem adaptandi sunt ut densitas energiae impulsus lucis stricte inter duo limina sit. Anno 2001, JM Lee et al. proprietatem usi sunt qua laseres magnae potentiae undas impulsivas plasmatis producunt cum focalizantur, et laserem impulsivum cum densitate energiae 2.0 J/cm2 (multo altiorem quam limen damni laminarum silicii) ad irradiandum parallele laminae silicii adhibuerunt, particulas tungsteni 1 μm in superficie laminae silicii adsorptas feliciter purgantes. Haec methodus purgationis purgatio undarum impulsivarum plasmatis laseris appellatur, et stricte loquendo, purgatio undarum impulsivarum plasmatis laseris genus purgationis laseris siccae est. Propositum primum harum trium technologiarum purgationis lasericae erat particulas minutas in superficie laminarum semiconductorum purgare. Dici potest technologiam purgationis lasericae cum evolutione technologiae semiconductorum ortam esse. Attamen technologia purgationis lasericae continenter ad alia campis adhibita est, ut purgationem formae pneumaticorum, remotionem picturae tegumentorum aeroplanorum, et restaurationem superficiei artificiosae. Sub radiatione laserica, gas iners in superficiem substrati flari potest. Cum sordes a superficie detrahuntur, statim a gaso a superficie flantur ne iterum polluantur et oxidantur superficies.
Theapplicatio technologiae purgationis lasericae
1) In agro semiconductorum, purgatio laminarum semiconductorum et substratorum opticorum eundem processum implicat, qui est materias primas in formas requisitas per sectionem, trituram, etc. tractare. Per hoc processum, sordes particulares introducuntur, quae difficile removentur et graves problemata contaminationis repetitae causant. Sordes in superficie laminarum semiconductorum qualitatem impressionis tabularum circuituum afficere possunt, ita vitam laminis semiconductorum abbreviantes. Sordes in superficie substratorum opticorum qualitatem instrumentorum opticorum et tunicarum afficere possunt, et ad inaequalem distributionem energiae ducere possunt, vitam abbreviantes. Cum purgatio sicca laseris propensa sit ad damnum superficiei substrati inferendum, haec methodus purgationis minus adhibetur in purgatione laminarum semiconductorum et substratorum opticorum. Purgatio humida laseris et purgatio undarum impulsivarum plasmatis laseris applicationes feliciores habent in hoc campo. Xu Chuanyi et al. depositionem picturae magneticae specialis microscalae in superficie substratorum opticorum ultra-laevium ut pelliculae dielectricae investigaverunt, deinde laserem pulsatum ad purgandum adhibuerunt. Effectus purgationis bonus erat, quamquam numerus particularum impuritatum per unitatem areae auctus est, magnitudo et area tecta particularum impuritatum significanter redactae sunt. Haec methodus efficaciter purgare potest particulas impuritatum microscalares in superficie substratorum opticorum ultra-laevium. Zhang Ping investigavit vim distantiae operativae et energiae laseris in effectu purgationis sordium diversarum magnitudinum particularum in technologia purgationis plasmatis laseris. Resultata experimentalia demonstraverunt pro particulis polystyreni in substratis vitreis conductivis, distantiam operativam optimam pro energia 240 mJ fuisse 1.90 mm. Cum energia laseris cresceret, effectus purgationis significanter emendatus est, et sordes magnarum particularum facilius purgari poterant.
2) In agro materiarum metallicarum, purgatio superficierum materiarum metallicarum differt a purgatione laminarum semiconductorum et substratorum opticorum. Sordes purgandae ad categoriam macroscopicam pertinent. Sordes in superficie materiarum metallicarum praecipue includunt stratum oxidi (stratum rubiginis), stratum picturae, obductionem, et alias affinitates, et in sordes organicas (ut stratum picturae, obductionem) et sordes inorganicas (ut stratum rubiginis) classificari possunt. Purgatio sordium superficierum materiarum metallicarum praecipue ad requisita subsequentium processus vel usus satisfaciendum est, ut remotio circiter 10 μm strati oxidi a superficie partium e mixtura titanii ante soldaduram, remotio obductionis picturae originalis in superficie cutis durante reparationibus maioribus aeroplanorum ad faciliorem repulsionem, et purgatio regularis particularum gummi adhaerentiae formae gummi ad munditiam superficiei et qualitatem ac diuturnitatem formae confirmandam. Limina damni materiarum metallicarum altiora sunt quam limina purgationis laser sordium superficialium earum. Eligendo laser potentiae idoneae, effectus purgationis melior obtineri potest. Haec technologia mature adhibita est in quibusdam campis. Wang Lihua et al. Applicationem technologiae purgationis lasericae in curatione pellium oxidorum in superficiebus mixturarum aluminii et mixturarum titanii investigaverunt. Resultata investigationis demonstraverunt usum laseris cum densitate energiae 5.1 J/cm2 stratum oxidi in superficie mixturae aluminii A5083-111H purgare posse, bona qualitate substrati servata, et usum laseris pulsati cum potentia media 100 W modo perscrutationis efficaciter stratum oxidi in superficie mixturarum titanii purgare et duritiem superficiei materiae augere posse. Societates domesticae, ut Ruike Laser, Daqu Laser, et Shenzhen Chuangxin, apparatum purgationis lasericae excogitaverunt, quod late ad purgandas formas gummi, ut pneumatica, strata ferruginis metallicae, et maculas olei in superficie partium adhibitum est.
3) In agro reliquiarum culturalium, purgatio reliquiarum metallicarum et lapidearum necnon superficierum chartacearum necessaria est ad sordes removendas, ut sordes et maculas atramenti, quae in superficiebus earum apparent propter longam historiam. Hae sordes removendae sunt ad reliquias restaurandas. In operibus chartaceis, ut calligraphia et picturae, cum improprie servantur, mucor in superficiebus eorum crescit et maculas format. Hae maculae aspectum originalem chartae graviter afficiunt, praesertim chartae cum alto valore culturali vel historico, quod eius aestimationem et tutelam afficiet. Zhao Ying et al. facultatem usus laseris ultraviolaceae ad maculas mucoris in voluminibus chartaceis purgandas investigaverunt. Resultata experimentalia demonstraverunt usum laseris cum densitate energiae 3.2 J/mm2 ad semel perlustrandum maculas tenues removere posse, et perlustrationem bis maculas omnino removere posse. Attamen, si energia laseris adhibita nimis alta est, volumen chartaceum laedet dum maculae removentur. Zhang Xiaotong et al. reliquiam aeneam deauratam feliciter restauraverunt methodo pelliculae liquidae irradiationis verticalis laseris utentes. Zhang Licheng et al. technologiam purgationis laseris in restauratione statuae fictilis femininae pictae Dynastiae Han adhibuerunt. Yuan Xiaodong et al. Effectum technologiae purgationis lasericae in purgatione reliquiarum lapidearum investigaverunt et damnum corpori arenaceo ante et post purgationem, necnon effectus purgationis macularum atramenti, pollutionis fumi, et pollutionis picturae comparaverunt.
Conclusio: Technologia purgationis lasericae est ars satis provecta, cum latis investigationis et applicationis prospectibus in campis altae praecisionis, ut in industria aëronautica, apparatu militari, et arte electronica et electrica. Hodie, technologia purgationis lasericae feliciter adhibita est in quibusdam locis, propter efficaciam, amicam ambienti, et excellentem purgationem. Areae applicationis eius paulatim expanduntur. Progressus technologiae purgationis lasericae non solum mature adhibitus est in locis ut remotio picturae et remotio rubiginis, sed etiam relationes sunt de usu laseris ad purgandum stratum oxidi in filis metallicis annis proximis. Expansio camporum applicationis existentium et progressus novorum camporum fundamentum sunt progressionis technologiae purgationis lasericae. Investigatio et progressus novorum instrumentorum purgationis lasericae et progressus novorum instrumentorum purgationis lasericae differentiationem ostendent, varias functiones producentes. In futuro, purgationem lasericam plene automaticam per cooperationem cum robotis industrialibus etiam assequi potest. Cursus progressionis technologiae purgationis lasericae est hic:
(1) Investigationes de theoria purgationis lasericae roborandae sunt ad applicationem technologiae purgationis lasericae dirigendam. Post inspectionem magnae copiae documentorum, inventum est nullum systema theoreticum maturum technologiam purgationis lasericae sustinens exstare, et pleraque studia in experimentis fundantur. Systema theoreticum purgationis lasericae constituere fundamentum est pro ulteriore evolutione et maturitate technologiae purgationis lasericae.
(2) Expansio camporum applicationis iam exstantium et novi campi applicationis. Technologia purgationis laseris feliciter adhibita est in locis ut remotio picturae et remotio rubiginis, et relationes de usu laseris ad purgandum stratum oxidi in filis metallicis annis proximis exstiterunt. Expansio camporum applicationis iam exstantium et progressus novorum camporum solum fertile sunt pro evolutione technologiae purgationis laseris.
(3) Investigatio et progressio novorum instrumentorum purgationis lasericae. Progressio novorum instrumentorum purgationis lasericae differentiationem demonstrabit. Unum genus est instrumentum cum quadam universalitate quae multas applicationis areas tegit, ut unum instrumentum simul functiones removendi picturam et rubiginem removendi perficere possit. Alterum genus est instrumentum specializatum pro necessitatibus specificis, ut designatio instrumentorum specificorum vel fibrarum opticarum ad functionem purgandi sordes in spatiis parvis consequendam. Per cooperationem cum robotis industrialibus, purgatio laserica plene automatica etiam est via applicationis popularis.
Tempus publicationis: XVII Iul. MMXXXV
