Лазер цэвэрлэгээний технологинь инженерийн салбарт лазер технологийг амжилттай хэрэгжүүлдэг. Үүний үндсэн зарчим нь лазерын өндөр энергийн нягтралыг ашиглан лазер туяа болон ажлын материалын суурь дээр наалдсан бохирдуулагчдын хоорондын харилцан үйлчлэлийг бий болгодог. Бохирдуулагчийг шууд дулааны тэлэлт, хайлалт, хийн ууршилт болон бусад механизмаар дамжуулан суурь материалаас ялгадаг. Өндөр үр ашигтай, байгаль орчинд ээлтэй, эрчим хүч хэмнэдэг лазер цэвэрлэх технологийг дугуйны хэв цэвэрлэх, онгоцны кузовын будгийг арилгах, соёлын дурсгалт зүйлсийг сэргээх болон бусад салбарт амжилттай хэрэгжүүлж байна.
Уламжлалт цэвэрлэгээний технологид механик үрэлтийн цэвэрлэгээ (элсээр цэвэрлэх, өндөр даралттай усны тийрэлтэт цэвэрлэгээ гэх мэт), химийн зэврэлтийг цэвэрлэх, хэт авианы цэвэрлэгээ, хуурай мөс цэвэрлэх гэх мэт орно. Эдгээр технологиудыг салбаруудад өргөн ашигладаг. Жишээлбэл, элсээр цэвэрлэх нь янз бүрийн хатуулагтай зүлгүүрийг сонгосноор хэлхээний самбар дээрх металлын зэвний толбо, гадаргуугийн үрэлт болон конформ бүрхүүлийг арилгаж чадна. Химийн зэврэлтийг цэвэрлэх аргыг тоног төхөөрөмжийн гадаргуугийн тосны хайрсыг арилгах, бойлерийн хайрсыг цэвэрлэх, газрын тос дамжуулах хоолойн бөглөрлийг арилгахад өргөнөөр ашигладаг. Хэдийгээр дэвшилтэт боловч уламжлалт аргууд нь мэдэгдэхүйц сул талуудтай: элсээр цэвэрлэх нь боловсруулсан гадаргууг амархан гэмтээдэг бөгөөд химийн зэврэлтийг цэвэрлэх нь хүрээлэн буй орчны бохирдол үүсгэж, буруу ашиглавал суурь материалыг зэврүүлж болзошгүй юм. Лазер цэвэрлэгээний гарч ирсэн нь цэвэрлэгээний технологийн хувьсгалыг тэмдэглэж байна. Лазерын өндөр энергийн нягтрал, нарийвчлал, үр ашигтай дамжуулалтыг ашиглан лазер цэвэрлэгээ нь цэвэрлэгээний үр ашиг, нарийвчлал, байршлын хувьд уламжлалт аргуудаас давж гардаг. Энэ нь химийн цэвэрлэгээнээс үүдэлтэй хүрээлэн буй орчны бохирдлыг арилгаж, суурь материалыг гэмтээдэггүй.
Лазер цэвэрлэгээний зарчим
Лазер цэвэрлэгээ гэж яг юу вэ? Энэ нь хатуу (эсвэл заримдаа шингэн) гадаргуугаас материалыг лазер туяагаар шарах замаар зайлуулах үйл явцыг хэлнэ. Лазерын бага урсгалтай үед шингээсэн лазерын энерги нь материалыг халааж, ууршилт эсвэл сублимаци үүсгэдэг. Лазерын өндөр урсгалтай үед материалууд нь ихэвчлэн плазм болж хувирдаг. Лазер цэвэрлэгээнд материалыг зайлуулахын тулд ихэвчлэн импульсийн лазер ашигладаг боловч тасралтгүй долгионы лазер туяа нь материалыг хангалттай эрчимтэйгээр абляци хийж чаддаг. 200 нм орчим долгионы урттай гүн хэт ягаан туяаны экзимер лазеруудыг голчлон фотоабляцид ашигладаг.
Гүн ньлазерын энергиИмпульс тутамд шингээлт болон зайлуулах материалын хэмжээ нь материалын оптик шинж чанар, түүнчлэн лазерын долгионы урт болон импульсийн үргэлжлэх хугацаанаас хамаарна. Импульс тутамд байнаас гаргаж авсан нийт массыг абляцийн хурд гэж тодорхойлдог. Сканнердах хурд болон шугамын хамрах хүрээ зэрэг лазерын цацрагийн шинж чанарууд нь абляцийн процесст мэдэгдэхүйц нөлөөлдөг.
Лазер цэвэрлэгээний технологийн төрлүүд
1) Лазер хуурай цэвэрлэгээ
Лазер хуурай цэвэрлэгээ нь дараахь зүйлийг агуулдагАжлын хэсгүүдийг шууд импульсийн лазераар шарах. Бохирдуулагч буюу суурь нь лазерын энергийг шингээж, температурыг нь нэмэгдүүлж, дулааны тэлэлт буюу суурь хэсгийн дулааны чичиргээг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь бохирдуулагчийг суурь хэсгээс тусгаарладаг. Энэ нь хоёр тохиолдолд тохиолддог: гадаргуугийн бохирдуулагч нь лазерын энергийг шингээж, тэлэх, эсвэл суурь хэсгээс энергийг шингээж, дулааны чичиргээ үүсэх.
1969 онд С.М.Бедайр нар уламжлалт гадаргуугийн боловсруулалт (дулааны боловсруулалт, химийн зэврэлт, элс цацах) бүгд хязгаарлалттай болохыг тогтоожээ. Тэд фокустай лазерын өндөр энергийн нягтрал нь гадаргуугийн материалыг субстратыг гэмтээхгүйгээр ууршуулж чаддаг болохыг ажигласан. Туршилтууд нь 30 МВт/см² чадлын нягтралтай Q-switched бадмаараг лазер нь цахиурын гадаргуугаас бохирдлыг субстратыг гэмтээхгүйгээр цэвэрлэж чаддаг болохыг баталсан бөгөөд энэ нь лазер хуурай цэвэрлэгээний анхны хэрэгжилтийг тэмдэглэжээ.
Нийт цэвэрлэгээний түвшинг хальсан хог хаягдлын салалтын хурдаар илэрхийлж болно, доор үзүүлэв:
(Томъёо: ε—лазер импульсийн энергийн индекс; h—бохирдуулагч хальсны зузааны индекс; E— хальсны уян хатан модулийн индекс)
2) Лазер нойтон цэвэрлэгээ
Импульсийн лазер туяагаар шарахаас өмнө ажлын хэсгийн гадаргуу дээр шингэн хальсыг урьдчилан бүрдэг. Лазерын энерги нь хальсыг хурдан халааж, ууршуулж, бохирдуулагч хэсгүүдийг суурь материалаас салгадаг агшин зуурын цохилтын долгион үүсгэдэг. Энэ арга нь суурь болон шингэн хальсны хооронд химийн урвал шаарддаггүй бөгөөд энэ нь түүний хэрэглэх материалыг хязгаарладаг.
1991 онд К. Имен нар уламжлалт цэвэрлэгээний дараа хагас дамжуулагч вафли болон металл дээрх үлдэгдэл субмикрон бохирдлыг арилгасан. Тэд суурь материалыг лазер шингээгч хальсаар бүрж, CO₂ лазераар цацрагаар цацруулсан. Кино нь энергийг шингээж, хурдан халааж, буцалгаж, тэсрэх ууршилтаар дамжин гадаргуугийн бохирдлыг зайлуулсан - энэ нь лазер нойтон цэвэрлэгээг тодорхойлдог.
3) Лазер плазмын шок долгионы цэвэрлэгээ
Лазер плазмын цочролын долгион нь цацраг туяагаар шарах үед агаарыг бөмбөрцөг хэлбэртэй плазмын цочролын долгион болгон ионжуулах үед үүсдэг. Эдгээр цочролын долгион нь субстратууд дээр цохигдож, субстратыг гэмтээхгүйгээр бохирдлыг арилгах энерги ялгаруулдаг (лазерууд субстратуудтай шууд харьцдаггүй). Энэхүү технологи нь хэдэн арван нанометр хүртэлх жижиг хэсгүүдийг цэвэрлэж, лазерын долгионы уртад ямар ч хязгаарлалт тавьдаггүй.
Плазмын цэвэрлэгээний физик зарчмуудыг дараах байдлаар нэгтгэн дүгнэв.
a) Лазер туяаг бай гадаргуу дээрх бохирдуулагч давхарга шингээдэг.
б) Өндөр энерги шингээлт нь хурдан тэлдэг плазм (өндөр ионжсон тогтворгүй хий) үүсгэж, цочролын долгион үүсгэдэг.
в) Цочролын долгион нь бохирдуулагчийг задалж, зайлуулдаг.
d) Лазерын импульс нь суурь материалыг гэмтээх дулаан хуримтлагдахаас зайлсхийхийн тулд хангалттай богино байх ёстой.
e) Туршилтууд нь оксидууд байх үед металлын гадаргуу дээр плазмын хэлбэрүүд байгааг харуулж байна.
Плазмын үүсэлт нь зөвхөн энергийн нягтралын босго хэмжээнээс дээш явагддаг бөгөөд энэ нь бохирдуулагч эсвэл исэлдсэн давхаргаас хамаарна. Хоёр дахь өндөр босго байдаг бөгөөд үүнээс давсан тохиолдолд суурь нь гэмтдэг. Субстратад гэмтэл учруулахгүйгээр үр дүнтэй цэвэрлэгээ хийхийн тулд импульсийн энергийн нягтралыг хоёр босго хооронд байлгахын тулд лазерын параметрүүдийг тохируулах шаардлагатай.
2001 онд Ж.М. Лий нар өндөр хүчин чадалтай фокустай лазеруудаас плазмын цочролын долгионыг ашигласан. 2.0 Ж/см² энергийн нягтралтай (цахиурын гэмтлийн босгоос хамаагүй давсан) импульсийн лазер нь цахиурын вафлиг зэрэгцээ цацраг туяагаар цацаж, 1 мкм вольфрамын хэсгүүдийг амжилттай арилгасан. Хатуухан хэлэхэд лазерын плазмын цочролын долгионы цэвэрлэгээ нь хуурай цэвэрлэгээний нэг хэсэг юм.
Анх хагас дамжуулагч хавтангаас микроскопийн тоосонцорыг арилгах зорилгоор боловсруулсан эдгээр гурван лазер цэвэрлэх технологи нь дугуйны хөгц цэвэрлэх, онгоцны арьсны будгийг арилгах, соёлын үлдэгдэл сэргээх гэх мэт чиглэлээр өргөжсөн. Лазерын цацрагийн үед инертийн хийг суурь дээр үлээж, салсан бохирдлыг шууд арилгаж, дахин бохирдох, исэлдэхээс сэргийлж болно.
Лазер цэвэрлэгээний технологийн хэрэглээ
1) Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл: Хагас дамжуулагчийн вафли болон оптик суурь цэвэрлэгээ
Хагас дамжуулагч вафли болон оптик суурь нь хүссэн хэлбэрийг бий болгохын тулд ижил боловсруулалтын үе шатуудыг (зүсэх, нунтаглах) хийдэг бөгөөд арилгахад хэцүү, дахин бохирдох магадлалтай тоосонцор бохирдуулагчийг оруулдаг. Вафли дээрх бохирдуулагч нь хэлхээний хэвлэх чанарыг бууруулж, чипийн ашиглалтын хугацааг богиносгодог. Оптик суурь дээр тэдгээр нь оптик төхөөрөмж болон бүрхүүлийн гүйцэтгэлийг бууруулж, энергийн жигд бус хуваарилалт, ашиглалтын хугацааг бууруулдаг.
Лазер хуурай цэвэрлэгээг суурь гэмтлийн эрсдэлээс шалтгаалан энд ховор хэрэглэдэг бол нойтон цэвэрлэгээ болон плазмын цохилтын долгионы цэвэрлэгээ нь олон амжилттай хэрэглээтэй байдаг. Сюй Чуаньи нар хэт гөлгөр оптик суурь дээр микрон хэмжээний соронзон будгийг диэлектрик хальс болгон түрхэж, импульсийн лазер цэвэрлэгээг үр дүнтэй болгосон. Нийт хольцын хэсгүүд нэмэгдсэн ч хэмжээ, бүрхүүл нь мэдэгдэхүйц буурсан. Жан Пин ажлын зай болон лазерын энерги нь янз бүрийн хэмжээтэй хэсгүүдийн цэвэрлэгээний үр ашигт үзүүлэх нөлөөллийг судалсан. Туршилтаар 240 мЖ лазер нь дамжуулагч шилэн дээрх полистирол хэсгүүдийг 1.90 мм-ийн ажлын зайд оновчтой цэвэрлэж чадсан болохыг харуулсан. Цэвэрлэгээний үр ашиг өндөр лазерын энергиэр сайжирч, том хэсгүүдийг арилгахад хялбар болсон.
2) Металл үйлдвэрлэл: Металл гадаргуугийн цэвэрлэгээ
Металл гадаргуугийн цэвэрлэгээ нь макроскопийн бохирдуулагч бодисуудыг чиглүүлдэг: исэл/зэвний давхарга, будаг, бүрхүүл болон бусад хавсралтууд, органик (будаг, бүрхүүл) эсвэл органик бус (зэв) бохирдуулагч гэж ангилагддаг. Цэвэрлэгээ нь дараагийн боловсруулалт/хэрэглээний шаардлагыг хангадаг: жишээлбэл, гагнуурын өмнө титан хайлшаас 10 μм зузаантай исэл давхаргыг зайлуулах, онгоцны арьсан дээрх будгийг хуулж дахин будах, дугуйны хэвнээс резинэн үлдэгдлийг цэвэрлэж бүтээгдэхүүний чанар болон хэвний ашиглалтын хугацааг баталгаажуулдаг.
Металлууд нь бохирдуулагч цэвэрлэх босгоос илүү өндөр гэмтлийн босготой байдаг тул зохих хүчээр ажилладаг лазераар үр дүнтэй цэвэрлэх боломжийг олгодог. Төлөвшсөн хэрэглээнд: Ван Лихуа нар 5.1 Ж/см² лазер нь A5083-111H хөнгөн цагаан хайлшаас исэл давхаргыг зайлуулж, суурь чанарыг хадгалж, 100 Вт импульсийн лазер нь титаны хайлшийн исэл давхаргыг үр дүнтэй цэвэрлэж, гадаргуугийн хатуулгийг нэмэгдүүлдэг болохыг харуулсан. Дотоодын үйлдвэрлэгчид (Raycus Laser, Han's Laser, Shenzhen Chuangxin) нь резинэн хэв, металл зэв, эд ангийн тосыг зайлуулах лазер цэвэрлэх төхөөрөмжийг өргөнөөр нийлүүлдэг.
3) Соёлын дурсгалт зүйлсийг хамгаалах: Соёлын дурсгалт зүйлс болон цаасан эдлэлүүдийг цэвэрлэх
Металл болон чулуун соёлын дурсгалт зүйлс цаг хугацааны явцад шороо, бэхний толбо болон бусад бохирдуулагч бодис хуримтлагддаг тул анхны төрхийг нь сэргээхийн тулд зайлуулах шаардлагатай болдог. Цаасан эдлэлүүд (зураг, уран бичлэг)-ийг зохисгүй хадгалсны улмаас хөгц, товруу үүсдэг бөгөөд энэ нь тэдгээрийн нөхцөл байдал, соёлын/түүхийн үнэ цэнийг ноцтойгоор алдагдуулдаг.
Жао Ин нар будааны цаасан дээрх хөгцний толбыг хэт ягаан туяаны лазераар цэвэрлэснийг баталгаажуулсан: 3.2 Ж/мм²-ийн нэг удаагийн сканнердалтаар нимгэн толбыг арилгасан бол хоёр удаагийн сканнердалтаар бүрэн арилгасан; хэт их лазерын энерги нь цаасыг гэмтээсэн. Жан Сяотонг алтадмал хүрэл эдлэлийг лазерын нойтон аргаар амжилттай сэргээн засварласан. Жан Личенг Хань гүрний үеийн будсан эмэгтэй вааран барималд лазераар цэвэрлэгээ хийсэн. Юань Сяодонг нар чулуун эдлэлийн лазераар цэвэрлэх үр нөлөөг үнэлсэн бөгөөд суурь гэмтлийг харьцуулж, элсэн чулуун дээрх бэх, утаа, будгийн толбыг арилгах үр нөлөөг харьцуулсан.
Дүгнэлт
Лазер цэвэрлэгээ нь сансар судлал, цэргийн тоног төхөөрөмж, электроник болон бусад өндөр нарийвчлалтай салбарт өргөн хүрээтэй судалгаа, хэрэглээний хэтийн төлөвтэй дэвшилтэт технологи юм. Үр ашиг, байгаль орчинд ээлтэй байдал, дээд зэргийн цэвэрлэгээний үр дүнгийн ачаар олон салбарт хөгжсөн тул хэрэглээ нь өргөжин тэлсээр байна. Тогтсон будаг, зэв арилгахаас гадна сүүлийн үеийн дэвшилд металл утсан дээрх исэл давхаргыг лазераар цэвэрлэх зэрэг орно. Ирээдүйн хөгжил нь одоо байгаа хэрэглээг өргөжүүлэх, шинэ салбаруудыг нэвтрүүлэх, тоног төхөөрөмжийг шинэчлэхээс хамаарна.
- Практик хэрэглээг чиглүүлэхийн тулд онолын судалгааг бэхжүүлэх. Одоогийн судалгаа нь туршилтаас ихээхэн хамааралтай бөгөөд төлөвшсөн онолын хүрээ дутмаг байна. Ийм хүрээг бий болгох нь технологийн төлөвшилд чухал ач холбогдолтой.
- Одоо байгаа болон шинэ салбарт хэрэглээгээ өргөжүүл. Будаг/зэв арилгах чиглэлээр боловсорч гүйцсэн бөгөөд шинээр гарч ирж буй хэрэглээнд металл утсан исэл цэвэрлэх зэрэг нь өсөлтийн үржил шимтэй хөрсийг бүрдүүлдэг.
- Олон зориулалттай бүх нийтийн төхөөрөмж (жишээлбэл, будаг/зэв арилгах хосолсон) болон тусгай багаж хэрэгсэл (жишээлбэл, хязгаарлагдмал орон зайд зориулсан захиалгат бэхэлгээ/ширхэг утас) болгон хувааж, шинэ лазер цэвэрлэгээний тоног төхөөрөмж боловсруулах. Аж үйлдвэрийн роботуудтай нэгтгэх замаар бүрэн автоматжуулалт хийх нь ирээдүйтэй чиглэл юм.
Нийтэлсэн цаг: 2026 оны 5-р сарын 14
