激光为什么能够用来清洗?为什么对被清洗物体不会造成损害呢?首先了解一下激光的本质。简单来说,激光和在我们身边的如影随形般的光线(可见光和不可见光)没有什么不同,只不过激光是利用谐振腔把光聚集在同一个方向上,并且有较单纯的波长,协调性等性能更好,因此理论上所有波长的光都可以用来形成激光,但实际上受限于能够激发的介质不多,因此能够产生稳定且适合工业生产的激光光源相当有限。被广泛使用的大概也就是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和准分子激光。由于Nd:YAG激光可以通过光纤传输更适合工业应用,因此在激光清洗中也多被采用。
通常,激光烧蚀是指用脉冲激光去除材料,但是如果激光强度足够高,则可以用连续波激光束烧蚀材料。 深紫外光的准分子激光器主要用于光烧蚀。 用于光烧蚀的激光波长约为200 nm。
吸收激光能量的深度以及单个激光脉冲去除的材料量取决于材料的光学特性以及激光波长和脉冲长度。 每个激光脉冲从靶标烧蚀的总质量通常称为烧蚀率。 激光束扫描速度和扫描线覆盖率等激光辐射特征会显着影响烧蚀过程。
传统的清洗方法往往是接触式清洗,对清洗物体表面有机械作用力,损伤物体的表面或者清洗的介质附着于被清洗物体的表面,无法去除,产生二次污染,激光清洗的无研磨和非接触性使这些问题迎刃而解;
精密机械工业常常需对零件上用来润滑和抗腐蚀的酯类及矿物油加以清除,通常是用化学方法,而化学清洗往往仍有残留物。激光去酯可以将酯类及矿物油完全去除,不损伤零件表面。其污染物去除是由冲击波完成,零件表面氧化物薄层爆炸性气化形成了冲击波,导致污物去除,而非机械互作用。材料彻底去酯用于航天工业机械零件的清理。机械零件加工中的油酯去除同样可采用激光清洗。
激光清洗方法主要有4种:
①激光干洗法,即采用脉冲激光直接辐射去污;
②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;
③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,以避免表面再次污染和氧化;
④运用激光使污垢松散后,再用非腐蚀性化学方法清洗。
最常用的是前 3种方法。第4种方法仅见于石质文物的清洗中。
国际上,激光清洗技术对石质材料的应用已有十几年的历史。在我国,石质材料的激光清洗起步较晚。由于激光设备的投资还较为昂贵,普遍化应用还有一定难度。但是激光清洗技术具有传统清洗方法无法比拟的优点,随着技术的不断完善和设备的批量化生产,激光清洗技术必将在石质材料的清洗业中发挥重要的作用。