Kanuni, aina na matumizi ya teknolojia ya kusafisha kwa leza

Kanuni, aina na matumizi yakusafisha kwa lezateknolojia

Teknolojia ya kusafisha kwa leza ni matumizi yenye mafanikio ya teknolojia ya leza katika uwanja wa uhandisi. Kanuni yake ya msingi ni kutumia msongamano mkubwa wa nishati ya leza kuingiliana na uchafu unaoshikamana na sehemu ya chini ya kifaa cha kazi, na kusababisha kutengana na sehemu ya chini ya ardhi kwa njia ya upanuzi wa joto wa papo hapo, kuyeyuka, na uvukizi wa gesi. Teknolojia ya kusafisha kwa leza ina sifa ya ufanisi mkubwa, urafiki wa mazingira, na uhifadhi wa nishati. Imetumika kwa mafanikio katika nyanja kama vile kusafisha ukungu wa tairi, kuondoa rangi ya mwili wa ndege, na urejeshaji wa masalio ya kitamaduni.

Teknolojia za kusafisha za kitamaduni ni pamoja nakusafisha msuguano wa mitambo(usafi wa mchanga, usafi wa maji kwa shinikizo kubwa, n.k.), usafi wa kemikali na kutu, usafi wa ultrasonic, usafi wa barafu kavu, n.k. Teknolojia hizi za usafi zimetumika sana katika tasnia mbalimbali. Kwa mfano, usafi wa mchanga na kutu unaweza kuondoa madoa ya kutu ya chuma, vizuizi vya uso wa chuma, na varnish isiyo na vizuizi vitatu kwenye bodi za saketi kwa kuchagua vizuizi vya ugumu tofauti. Teknolojia ya usafi wa kemikali na kutu hutumika sana katika kusafisha madoa ya mafuta kwenye nyuso za vifaa, mizani kwenye boilers, na mabomba ya mafuta. Ingawa teknolojia hizi za usafi zimetengenezwa vizuri, bado zina matatizo kadhaa. Kwa mfano, usafi wa mchanga na kutu unaweza kusababisha uharibifu kwa urahisi kwenye uso uliotibiwa, na usafi wa kemikali na kutu unaweza kusababisha uchafuzi wa mazingira na kutu wa uso uliosafishwa ikiwa hautashughulikiwa vizuri. Kuibuka kwa teknolojia ya kusafisha kwa leza kunawakilisha mapinduzi katika teknolojia ya kusafisha. Inatumia faida ya msongamano mkubwa wa nishati, usahihi wa juu, na upitishaji mzuri wa nishati ya leza, na ina faida dhahiri kuliko teknolojia za jadi za kusafisha katika suala la ufanisi wa kusafisha, usahihi wa kusafisha, na eneo la kusafisha. Inaweza kuepuka uchafuzi wa mazingira unaosababishwa na usafi wa kemikali na kutu na teknolojia zingine za kusafisha, na haitasababisha uharibifu kwenye sehemu ya chini ya ardhi.

Yakanuni ya kusafisha kwa leza

Kwa hivyo kusafisha kwa leza ni nini? Kusafisha kwa leza ni mchakato ambapo boriti ya leza hutumika kuondoa nyenzo kutoka kwenye uso wa kitu kigumu (au wakati mwingine kioevu). Katika mtiririko mdogo wa leza, nyenzo hupashwa joto na nishati ya leza inayofyonzwa na kuyeyuka au kufyonza. Katika mtiririko mkubwa wa leza, nyenzo kawaida hubadilika kuwa plasma. Kawaida, kusafisha kwa leza kunamaanisha kuondoa nyenzo kwa kutumia leza zenye mapigo, lakini ikiwa nguvu ya leza ni ya juu vya kutosha, boriti ya leza ya wimbi linaloendelea inaweza kutumika kuondoa nyenzo. Leza ya excimer ya mwanga wa ultraviolet wenye kina hutumika zaidi kwa ajili ya kuondoa macho. Urefu wa leza unaotumika kwa kuondoa macho ni takriban 200nm. Kina cha unyonyaji wa nishati ya leza na kiasi cha nyenzo kinachoondolewa na mapigo moja ya leza hutegemea sifa za macho za nyenzo, pamoja na urefu wa urefu wa leza na mapigo. Uzito wote unaoondolewa kutoka kwa shabaha na kila mapigo ya leza kwa kawaida huitwa kiwango cha kuondoa macho. Kasi ya kuchanganua ya boriti ya leza na kifuniko cha mstari wa kuchanganua, n.k., itaathiri kwa kiasi kikubwa mchakato wa kuondoa macho.

Aina za Teknolojia ya Kusafisha kwa Leza

1) Usafi wa kavu kwa kutumia leza: Usafi wa kavu kwa kutumia leza unamaanisha miale ya moja kwa moja ya kifaa cha kusafisha na leza iliyopigwa, na kusababisha uchafu wa msingi au uso kunyonya nishati na kuongezeka kwa halijoto, na kusababisha upanuzi wa joto au mtetemo wa joto wa msingi, na hivyo kutenganisha hizo mbili. Njia hii inaweza kugawanywa katika hali mbili: moja ni kwamba uchafu wa uso hunyonya nishati ya leza na kupanuka; nyingine ni kwamba msingi hunyonya nishati ya leza na hutoa mtetemo wa joto. Mnamo 1969, SM Bedair et al. waligundua kuwa mbinu mbalimbali za matibabu ya uso kama vile matibabu ya joto, kutu ya kemikali, na kusafisha mchanga zote zina mapungufu tofauti. Wakati huo huo, msongamano mkubwa wa nishati baada ya kulenga kwa leza unaweza kufanya uzushi wa uvukizi wa uso wa nyenzo uwezekane, ambao unawezesha uwezekano wa kusafisha uso wa nyenzo bila kuharibu. Kupitia majaribio, iligundulika kuwa kutumia leza iliyobadilishwa kwa rubi Q yenye msongamano wa nguvu wa 30 MW/cm2 kunaweza kufanikisha usafi wa uchafu wa uso wa nyenzo za silikoni bila kuharibu msingi, na kwa mara ya kwanza, usafi wa kavu kwa kutumia leza wa uchafu wa uso wa nyenzo uligunduliwa. Kiwango cha jumla kinaweza kuonyeshwa kwa kiwango cha mgawanyiko wa vipande vya safu ya filamu, kama ifuatavyo:

Katika fomula, ε inawakilisha faharisi ya nishati ya mapigo ya leza, h inawakilisha faharisi ya unene wa safu ya filamu yenye uchafuzi, na E inawakilisha faharisi ya moduli ya elastic ya safu ya filamu.

2) Usafi wa Maji kwa Kutumia Laser: Kabla ya kifaa cha kazi kinachotakiwa kusafishwa kufichuliwa na leza iliyopigwa, filamu ya kioevu inayopaka uso hutumika. Chini ya hatua ya leza, halijoto ya filamu ya kioevu huongezeka kwa kasi na kugeuka kuwa mvuke. Wakati wa uvukizi, wimbi la athari huzalishwa, ambalo hufanya kazi kwenye chembe chafu na kusababisha zitengane na substrate. Njia hii inahitaji kwamba substrate na filamu ya kioevu visiingiliane, hivyo kupunguza kiwango cha vifaa vinavyotumika. Mnamo 1991, K. Imen et al. walishughulikia tatizo la uchafuzi wa chembe ndogo ndogo kwenye nyuso za wafer za semiconductor na vifaa vya chuma baada ya mbinu za jadi za kusafisha kutumika, na walisoma matumizi ya mipako ya filamu kwenye uso wa substrate ya nyenzo ambayo inaweza kunyonya nishati ya leza kwa ufanisi. Baadaye, kwa kutumia leza ya CO2, filamu ilinyonya nishati ya leza na kuongezeka kwa joto haraka na kuchemsha, na kutoa mvuke unaolipuka, ambao uliondoa uchafuzi kutoka kwenye uso wa substrate. Njia hii ya kusafisha inaitwa usafi wa maji kwa kutumia laser.

3) Usafi wa Wimbi la Mshtuko la Plasma kwa Leza: Mawimbi ya mshtuko wa plasma kwa leza huzalishwa wakati leza inapomwangazia hewa na kusababisha wimbi la mshtuko wa plasma la duara kuundwa. Wimbi la mshtuko hufanya kazi kwenye uso wa kifanyia kazi ili kusafishwa na kutoa nishati ili kuondoa uchafuzi. Leza haifanyi kazi kwenye substrate, hivyo haisababishi uharibifu kwenye substrate. Teknolojia ya kusafisha wimbi la mshtuko wa plasma kwa leza sasa inaweza kusafisha chembe zenye kipenyo cha makumi kadhaa ya nanomita, na hakuna vikwazo kwenye urefu wa wimbi la leza. Kanuni ya kimwili ya usafi wa plasma inaweza kufupishwa kama ifuatavyo: a) Mwangaza wa leza unaotolewa na leza hufyonzwa na safu ya uchafuzi kwenye uso uliotibiwa. b) Kiasi kikubwa cha unyonyaji huunda plasma inayopanuka kwa kasi (gesi isiyodumu sana yenye ioni) na hutoa wimbi la athari. c) Wimbi la athari husababisha uchafuzi kugawanyika na kuondolewa. d) Upana wa mapigo ya mapigo ya mwanga lazima uwe mfupi vya kutosha ili kuepuka mkusanyiko wa joto ambao unaweza kuharibu uso uliotibiwa. e) Majaribio yameonyesha kwamba wakati kuna oksidi kwenye uso wa chuma, plasma huzalishwa kwenye uso wa chuma. Plasma huzalishwa tu wakati msongamano wa nishati unazidi kizingiti, ambacho hutegemea safu ya uchafuzi au safu ya oksidi iliyoondolewa. Athari hii ya kizingiti ni muhimu sana kwa usafi mzuri huku ikihakikisha usalama wa nyenzo ya substrate. Muonekano wa plasma pia una kizingiti cha pili. Ikiwa msongamano wa nishati unazidi kizingiti hiki, nyenzo ya substrate itaharibika. Ili kufanya usafi mzuri huku ikihakikisha usalama wa nyenzo ya substrate, vigezo vya leza lazima virekebishwe kulingana na hali hiyo ili kuhakikisha kwamba msongamano wa nishati ya mapigo ya mwanga uko kati ya vizingiti viwili. Mnamo 2001, JM Lee et al. walitumia sifa kwamba leza zenye nguvu nyingi hutoa mawimbi ya mshtuko wa plasma zinapolenga, na walitumia leza ya mapigo yenye msongamano wa nishati wa 2.0 J/cm2 (juu sana kuliko kizingiti cha uharibifu cha wafer za silicon) ili kung'arisha sambamba na wafer ya silicon, na kusafisha kwa mafanikio chembe za tungsten 1 μm zilizowekwa kwenye uso wa wafer ya silicon. Njia hii ya kusafisha inaitwa kusafisha wimbi la mshtuko wa plasma ya laser, na kwa ufupi, kusafisha wimbi la mshtuko wa plasma ya laser ni aina ya usafi wa leza kavu. Madhumuni ya awali ya teknolojia hizi tatu za kusafisha kwa leza yalikuwa kusafisha chembe ndogo kwenye uso wa wafer za nusu-semiconductor. Inaweza kusemwa kwamba teknolojia ya kusafisha kwa leza iliibuka na maendeleo ya teknolojia ya nusu-semiconductor. Hata hivyo, teknolojia ya kusafisha kwa leza imekuwa ikitumika kila mara katika nyanja zingine, kama vile kusafisha ukungu wa tairi, kuondoa rangi ya ngozi ya ndege, na kurejesha uso wa vitu bandia. Wakati chini ya mionzi ya leza, gesi isiyo na kitu inaweza kupuliziwa kwenye uso wa substrate. Wakati uchafuzi unapoondolewa kutoka kwenye uso, utapuliziwa mara moja kutoka kwenye uso na gesi ili kuepuka uchafuzi tena na oksidi ya uso.

Yamatumizi ya teknolojia ya kusafisha kwa leza

1) Katika uwanja wa semiconductor, usafi wa wafers za semiconductor na substrates za macho huhusisha mchakato huo huo, ambao ni kusindika malighafi katika maumbo yanayohitajika kupitia kukata, kusaga, n.k. Wakati wa mchakato huu, uchafu wa chembe huingizwa, ambao ni vigumu kuondoa na kusababisha matatizo makubwa ya uchafuzi yanayorudiwa. Uchafu kwenye uso wa wafers za semiconductor unaweza kuathiri ubora wa uchapishaji wa bodi ya mzunguko, na hivyo kufupisha muda wa kuishi wa chips za semiconductor. Uchafu kwenye uso wa substrates za macho unaweza kuathiri ubora wa vifaa vya macho na mipako, na unaweza kusababisha usambazaji usio sawa wa nishati, na kufupisha muda wa kuishi. Kwa kuwa usafi wa kavu wa leza unakabiliwa na kusababisha uharibifu kwenye uso wa substrate, njia hii ya kusafisha haitumiki sana katika usafi wa wafers za semiconductor na substrates za macho. Usafi wa mvua wa leza na usafi wa wimbi la mshtuko wa plasma ya leza zina matumizi bora zaidi katika uwanja huu. Xu Chuanyi et al. walisoma uwekaji wa rangi maalum ya sumaku ya kiwango kidogo kwenye uso wa substrates za macho laini sana kama filamu ya dielectric, na kisha wakatumia leza ya mapigo kwa kusafisha. Athari ya kusafisha ilikuwa nzuri, ingawa idadi ya chembe za uchafu kwa kila eneo la kitengo iliongezeka, ukubwa na eneo la kufunika chembe za uchafu zilipunguzwa sana. Njia hii inaweza kusafisha kwa ufanisi chembe za uchafu zenye ukubwa mdogo kwenye uso wa substrates za macho laini sana. Zhang Ping alisoma ushawishi wa umbali wa kufanya kazi na nishati ya leza kwenye athari ya kusafisha ya uchafu tofauti wa ukubwa wa chembe katika teknolojia ya kusafisha plasma ya leza. Matokeo ya majaribio yalionyesha kuwa kwa chembe za polistini kwenye substrates za kioo zinazopitisha umeme, umbali bora wa kufanya kazi kwa nishati ya 240 mJ ulikuwa 1.90 mm. Kadri nishati ya leza ilivyoongezeka, athari ya kusafisha iliongezeka kwa kiasi kikubwa, na uchafu mkubwa wa chembe ulikuwa rahisi kusafisha.

2) Katika uwanja wa nyenzo za chuma, usafi wa nyuso za nyenzo za chuma ni tofauti na usafi wa wafers za nusu-semiconductor na substrates za macho. Uchafuzi unaotakiwa kusafishwa ni wa kategoria ya macroscopic. Uchafuzi kwenye uso wa nyenzo za chuma hujumuisha safu ya oksidi (safu ya kutu), safu ya rangi, mipako, na viambatisho vingine, na unaweza kuainishwa katika uchafu wa kikaboni (kama vile safu ya rangi, mipako) na uchafu usio wa kikaboni (kama vile safu ya kutu). Usafi wa uchafu wa uso wa nyenzo za chuma ni hasa ili kukidhi mahitaji ya usindikaji au matumizi yanayofuata, kama vile kuondoa takriban 10 μm ya safu ya oksidi kutoka kwenye uso wa sehemu za aloi ya titani kabla ya kulehemu, kuondoa mipako ya awali ya rangi kwenye uso wa ngozi wakati wa matengenezo makubwa ya ndege ili kuwezesha kunyunyizia tena, na kusafisha mara kwa mara chembe za mpira zilizounganishwa na ukungu wa tairi ya mpira ili kuhakikisha usafi wa uso na ubora na maisha ya ukungu. Kizingiti cha uharibifu wa nyenzo za chuma ni cha juu kuliko kile cha kizingiti cha kusafisha leza cha uchafuzi wa uso wao. Kwa kuchagua leza ya nguvu inayofaa, athari bora ya kusafisha inaweza kupatikana. Teknolojia hii imetumika kwa ukomavu katika baadhi ya nyanja. Wang Lihua na wenzake walisoma matumizi ya teknolojia ya kusafisha leza katika matibabu ya ngozi za oksidi kwenye nyuso za aloi za alumini na aloi za titani. Matokeo ya utafiti yalionyesha kuwa kutumia leza yenye msongamano wa nishati wa 5.1 J/cm2 kunaweza kusafisha safu ya oksidi kwenye uso wa aloi ya alumini ya A5083-111H huku ikidumisha ubora mzuri wa substrate, na kutumia leza iliyopigwa kwa nguvu ya wastani ya 100 W kwa njia ya kuchanganua kunaweza kusafisha safu ya oksidi kwenye uso wa aloi za titani na kuboresha ugumu wa uso wa nyenzo. Makampuni ya ndani kama vile Ruike Laser, Daqu Laser, na Shenzhen Chuangxin yametengeneza vifaa vya kusafisha leza ambavyo vimetumika sana kwa kusafisha ukungu za mpira kama vile matairi, tabaka za kutu ya chuma, na madoa ya mafuta kwenye uso wa vipengele.

3) Katika uwanja wa mabaki ya kitamaduni, usafi wa mabaki ya chuma na mawe na nyuso za karatasi ni muhimu ili kuondoa uchafu kama vile madoa ya uchafu na wino yanayoonekana kwenye nyuso zao kutokana na historia yao ndefu. Uchafu huu unahitaji kuondolewa ili kurejesha mabaki. Kwa kazi za karatasi kama vile maandishi ya maandishi na uchoraji, yanapohifadhiwa vibaya, ukungu hukua kwenye nyuso zao na kutengeneza madoa. Madoa haya huathiri vibaya mwonekano wa asili wa karatasi, haswa kwa karatasi yenye thamani kubwa ya kitamaduni au kihistoria, ambayo itaathiri uthamini na ulinzi wake. Zhao Ying et al. walisoma uwezekano wa kutumia leza ya ultraviolet kusafisha madoa ya ukungu kwenye hati za karatasi. Matokeo ya majaribio yalionyesha kuwa kutumia leza yenye msongamano wa nishati wa 3.2 J/mm2 kuchanganua mara moja kunaweza kuondoa madoa membamba, na kuchanganua mara mbili kunaweza kuondoa kabisa madoa. Hata hivyo, ikiwa nishati ya leza inayotumika ni kubwa sana, itaharibu hati ya karatasi wakati wa kuondoa madoa. Zhang Xiaotong et al. walifanikiwa kurejesha mabaki ya shaba yaliyofunikwa kwa dhahabu kwa kutumia mbinu ya filamu ya kioevu ya mionzi ya leza wima. Zhang Licheng et al. walitumia teknolojia ya kusafisha kwa leza katika kurejesha sanamu ya udongo ya kike iliyochorwa na Enzi ya Han. Yuan Xiaodong na wenzake walisoma athari za teknolojia ya kusafisha kwa leza katika kusafisha mabaki ya mawe na kulinganisha uharibifu wa mwili wa mchanga kabla na baada ya kusafisha, pamoja na athari za kusafisha za madoa ya wino, uchafuzi wa moshi, na uchafuzi wa rangi.

Hitimisho: Teknolojia ya kusafisha laser ni mbinu ya hali ya juu kiasi, yenye utafiti mpana na matarajio ya matumizi katika nyanja zenye usahihi wa hali ya juu kama vile anga za juu, vifaa vya kijeshi, na uhandisi wa kielektroniki na umeme. Hivi sasa, teknolojia ya kusafisha laser imetumika kwa mafanikio katika baadhi ya maeneo, kutokana na ufanisi wake, rafiki kwa mazingira, na utendaji bora wa kusafisha. Maeneo yake ya matumizi yanapanuka polepole. Maendeleo ya teknolojia ya kusafisha laser hayajatumika tu kwa ukomavu katika maeneo kama vile kuondoa rangi na kutu, lakini pia kumekuwa na ripoti za kutumia laser kusafisha safu ya oksidi kwenye waya za chuma katika miaka ya hivi karibuni. Upanuzi wa maeneo yaliyopo ya matumizi na maendeleo ya maeneo mapya ndio msingi wa maendeleo ya teknolojia ya kusafisha laser. Utafiti na maendeleo ya vifaa vipya vya kusafisha laser na maendeleo ya vifaa vipya vya kusafisha laser yataonyesha utofauti, na kusababisha kazi mbalimbali. Katika siku zijazo, kufikia usafi wa laser kiotomatiki kikamilifu kupitia ushirikiano na roboti za viwandani pia kunawezekana. Mwelekeo wa maendeleo ya teknolojia ya kusafisha laser ni kama ifuatavyo:

(1) Kuimarisha utafiti kuhusu nadharia ya kusafisha kwa leza ili kuongoza matumizi ya teknolojia ya kusafisha kwa leza. Baada ya kupitia idadi kubwa ya hati, imebainika kuwa hakuna mfumo wa kinadharia uliokomaa unaounga mkono teknolojia ya kusafisha kwa leza, na tafiti nyingi zinategemea majaribio. Kuanzisha mfumo wa kinadharia wa kusafisha kwa leza ndio msingi wa maendeleo na ukomavu zaidi wa teknolojia ya kusafisha kwa leza.

(2) Upanuzi wa mashamba yaliyopo ya matumizi na mashamba mapya ya matumizi. Teknolojia ya kusafisha kwa leza imetumika kwa mafanikio katika maeneo kama vile kuondoa rangi na kuondoa kutu, na kumekuwa na ripoti za kutumia leza kusafisha safu ya oksidi kwenye waya za chuma katika miaka ya hivi karibuni. Upanuzi wa mashamba yaliyopo ya matumizi na maendeleo ya mashamba mapya ni udongo wenye rutuba kwa ajili ya maendeleo ya teknolojia ya kusafisha kwa leza.

(3) Utafiti na uundaji wa vifaa vipya vya kusafisha kwa leza. Uundaji wa vifaa vipya vya kusafisha kwa leza utaonyesha utofauti. Aina moja ni vifaa vyenye uhodari fulani unaofunika nyanja nyingi za matumizi, kama vile kifaa kimoja kinaweza kufikia kazi za kuondoa rangi na kutu kwa wakati mmoja. Aina nyingine ni vifaa maalum kwa mahitaji maalum, kama vile kubuni vifaa maalum au nyuzi za macho ili kufikia kazi ya kusafisha uchafuzi katika nafasi ndogo. Kupitia ushirikiano na roboti za viwandani, kusafisha kwa leza kiotomatiki kikamilifu pia ni mwelekeo maarufu wa matumizi.