在工件表面污染物中，工件表面附著物與表面之間的結(jié)合主要是由于存在以下各種力：共價(jià)鍵、雙偶極子、毛細(xì)作用、氫鍵、吸附力和靜電力等。其中毛細(xì)力、吸附力和靜電力是最難破壞的，激光清洗技術(shù)就是要克服這幾種力。

 

這些吸附力要比重力大很多（有幾個(gè)數(shù)量級(jí)），并且與粒子直徑d有關(guān)系，吸附力隨著粒子半徑減小呈現(xiàn)很慢的線性衰減趨勢(shì)，而粒子質(zhì)量m與直徑的三次方成正比，由牛頓定律可知F=ma，當(dāng)粒子尺寸變小時(shí)，吸附力所提供的加速度迅速增大。所以，尺寸越小的粒子，清除起來(lái)所需的加速度就越大，這就是常規(guī)的清洗技術(shù)為什么難以清除直徑很小的物體表面附著物。
 

由于物體表面附著物的成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，激光與之作用的機(jī)理也各不相同，用于對(duì)此作解釋最常用的理論模型有以下幾種：
 

1、光氣化/光分解

激光器產(chǎn)生的激光，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的聚光可以實(shí)現(xiàn)能量的高度集中，聚焦后的激光束在焦點(diǎn)附近可產(chǎn)生幾千度甚至幾萬(wàn)度的高溫，使物體表面附著物瞬間氣化或分解。

2、光剝離

通過(guò)激光的作用使物體表面附著物受熱膨脹，當(dāng)物體表面附著物的膨脹力大于其與基體之間的吸附力時(shí)，物體表面附著物便會(huì)從物體的表面脫離。

3、光振動(dòng)

利用較高頻率和功率的脈沖激光沖擊物體的表面，在物體表面產(chǎn)生超聲波，超聲波在沖擊中下層硬表面以后返回，與入射聲波發(fā)生干涉，從而產(chǎn)生高能共振波，使污垢發(fā)生微小爆裂、粉碎、脫離基體物質(zhì)表面，當(dāng)物體與表面附著物對(duì)激光束的吸收系數(shù)差別不大，或者表面附著物受熱后會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)等情況時(shí)，可以選用這種清洗手段。
 

目前，激光清洗設(shè)備的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)實(shí)際的清洗方法、基材和污物的種類(lèi)、清洗要求的效果等因素來(lái)決定，但是，它們?cè)谝恍┗镜慕Y(jié)構(gòu)上還是大致相同的，主要包括激光器、移動(dòng)平臺(tái)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、半/自動(dòng)控制操作系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)等部分。

 

激光清洗技術(shù)的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
 

我國(guó)激光清洗技術(shù)的研究和設(shè)備的開(kāi)發(fā)起步晚，基本上是跟蹤國(guó)外的發(fā)展，雖然在較短時(shí)間內(nèi)取得了一些成果，但是與國(guó)外相比存在明顯的差距，因此，國(guó)內(nèi)較為成熟的激光清洗設(shè)備并不多，大部分還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其清洗效率和穩(wěn)定性有待進(jìn)一步的提高，其中南京帝耐激光聯(lián)合上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研發(fā)出系列激光清洗機(jī)，已經(jīng)研發(fā)出五軸激光清洗機(jī)，并且商用。應(yīng)用到一些工業(yè)、科研、軍工等市場(chǎng)，他們申請(qǐng)了一系列專(zhuān)利，其公司系列產(chǎn)品如下：

 

激光清洗技術(shù)的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
 

激光清洗技術(shù)研究起步于20世紀(jì)80年代中期，但直到20世紀(jì)90年代初期才真正步入工業(yè)生產(chǎn)中，在許多場(chǎng)合逐步取代傳統(tǒng)清洗方法。
 

國(guó)外激光清洗的去污范圍非常廣泛，從厚銹層到激光表面微細(xì)顆粒都可以去除，在去污中涉及激光清洗實(shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備種類(lèi)也比較多，所用激光器的波長(zhǎng)范圍廣，但激光清洗技術(shù)的發(fā)展不平衡，有些已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，有的還處于實(shí)驗(yàn)室階段。
 

例如國(guó)外在激光模具的清洗方面，已經(jīng)發(fā)展到1000 W激光手動(dòng)清洗機(jī)；

電子線路清洗采用248 nm激光，3 W，20 ns，已經(jīng)工業(yè)化；

在芯片領(lǐng)域，采用248 nm，5 W納秒紫外清洗，效果非常好；

在光掩膜，采用紫外激光，已經(jīng)完全取代傳統(tǒng)化學(xué)方法；

在激光除銹、激光除污染物方面，已經(jīng)規(guī)?；瘧?yīng)用，而且實(shí)驗(yàn)先于理論。另外在半導(dǎo)體領(lǐng)域、磁頭和絕緣體領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
 

德國(guó)Cleanlaser公司近年來(lái)致力于研究可以實(shí)現(xiàn)塑膠射出模和橡膠硫化模具線上，線上、高溫清洗垢激光清洗設(shè)備，下面根據(jù)其所使用激光器的功率級(jí)別，其中Clealaser公司、P-laser公司最為著名，以下介紹幾種典型的激光清洗系統(tǒng)的性能和特點(diǎn)。

 

Cleanlaser產(chǎn)品類(lèi)型
 

激光清洗技術(shù)的前景預(yù)測(cè)：激光清洗技術(shù)的出現(xiàn)，開(kāi)辟了激光技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用的新領(lǐng)域，它在微電子、建筑、核電站、汽車(chē)制造，醫(yī)療、文物保護(hù)等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)方興未艾，應(yīng)用市場(chǎng)前景廣闊，我國(guó)在大型件激光加工技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用已初具規(guī)模，在鋼鐵除銹和模具去污方面的應(yīng)用還是空白，而激光清洗技術(shù)在汽車(chē)制造、建筑等領(lǐng)域的市場(chǎng)仍在開(kāi)發(fā)之中，目前雖然還難以詳細(xì)估計(jì)激光清洗技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)份額，但上述領(lǐng)域不少屬于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，激光清洗技術(shù)添入其中后，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是十分可觀的，利用我國(guó)現(xiàn)有的激光技術(shù)條件，開(kāi)發(fā)配套的激光清洗設(shè)備，并使其在短時(shí)間內(nèi)實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化、是完全可能的，對(duì)推動(dòng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展本身亦具有重要意義。（作者：龔傳波，南京帝耐激光科技有限公司總經(jīng)理）