Prinsip, növləri və tətbiqlərilazerlə təmizləmətexnologiya
Lazer təmizləmə texnologiyası mühəndislik sahəsində lazer texnologiyasının uğurlu tətbiqidir. Onun əsas prinsipi lazerin yüksək enerji sıxlığından istifadə edərək iş parçasının substratına yapışan çirkləndiricilərlə qarşılıqlı təsir göstərmək və onların substratdan ani istilik genişlənməsi, əriməsi və qazın buxarlanması şəklində ayrılmasına səbəb olmaqdır. Lazer təmizləmə texnologiyası yüksək səmərəlilik, ətraf mühitə uyğunluq və enerjiyə qənaət ilə xarakterizə olunur. Təkər qəliblərinin təmizlənməsi, təyyarə kuzov boyasının təmizlənməsi və mədəni qalıqların bərpası kimi sahələrdə uğurla tətbiq edilmişdir.
Ənənəvi təmizləmə texnologiyaları daxildirmexaniki sürtünmə təmizlənməsi(qumlama ilə təmizləmə, yüksək təzyiqli su şırnaqlı təmizləmə və s.), kimyəvi korroziya ilə təmizləmə, ultrasəslə təmizləmə, quru buzla təmizləmə və s. Bu təmizləmə texnologiyaları müxtəlif sənaye sahələrində geniş istifadə olunur. Məsələn, qumlama ilə təmizləmə, müxtəlif sərtlikli aşındırıcılar seçərək metal pas ləkələrini, metal səthindəki qabarıqlıqları və dövrə lövhələrindəki üçqat lakı təmizləyə bilər. Kimyəvi korroziya ilə təmizləmə texnologiyası avadanlıq səthlərindəki yağ ləkələrinin, qazanlardakı və neft boru kəmərlərindəki ərplərin təmizlənməsində geniş istifadə olunur. Bu təmizləmə texnologiyaları yaxşı inkişaf etdirilsə də, hələ də bəzi problemlər mövcuddur. Məsələn, qumlama ilə təmizləmə, təmizlənmiş səthə asanlıqla zərər verə bilər və kimyəvi korroziya ilə təmizləmə, düzgün istifadə edilmədikdə ətraf mühitin çirklənməsinə və təmizlənmiş səthin korroziyasına səbəb ola bilər. Lazerlə təmizləmə texnologiyasının ortaya çıxması təmizləmə texnologiyasında bir inqilabdır. Yüksək enerji sıxlığından, yüksək dəqiqlikdən və lazer enerjisinin səmərəli ötürülməsindən faydalanır və təmizləmə səmərəliliyi, təmizləmə dəqiqliyi və təmizləmə yeri baxımından ənənəvi təmizləmə texnologiyalarına nisbətən aşkar üstünlüklərə malikdir. Kimyəvi korroziya ilə təmizləmə və digər təmizləmə texnologiyalarının yaratdığı ətraf mühit çirklənməsinin qarşısını effektiv şəkildə ala bilər və substrata zərər verməyəcək.
Bəs lazer təmizlənməsi nədir? Lazer təmizlənməsi, bərk cismin (və ya bəzən mayenin) səthindən materialı çıxarmaq üçün lazer şüasının istifadə edildiyi bir prosesdir. Aşağı lazer axınında material udulan lazer enerjisi ilə qızdırılır və buxarlanır və ya sublimasiya olunur. Yüksək lazer axınında material adətən plazmaya çevrilir. Adətən, lazer təmizlənməsi impulslu lazerlərdən istifadə edərək materialın çıxarılmasını nəzərdə tutur, lakin lazer intensivliyi kifayət qədər yüksəkdirsə, materialı ablasyon etmək üçün davamlı dalğalı lazer şüası istifadə edilə bilər. Dərin ultrabənövşəyi işığın eksimer lazeri əsasən optik ablasyon üçün istifadə olunur. Optik ablasyon üçün istifadə olunan lazer dalğa uzunluğu təxminən 200 nm-dir. Lazer enerjisinin udma dərinliyi və tək bir lazer impulsu ilə çıxarılan material miqdarı materialın optik xüsusiyyətlərindən, eləcə də lazer dalğa uzunluğundan və impuls uzunluğundan asılıdır. Hər bir lazer impulsu ilə hədəfdən ablasyon edilən ümumi kütlə adətən ablasyon sürəti adlanır. Lazer şüasının skanlama sürəti və s. s. ablasyon prosesinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərəcəkdir.
Lazer Təmizləmə Texnologiyasının Növləri
1) Lazerlə quru təmizləmə: Quru lazerlə təmizləmə, təmizləyici iş parçasının impulslu lazerlə birbaşa şüalanmasına aiddir, bu da baza və ya səth çirkləndiricilərinin enerjini udmasına və temperaturun artmasına səbəb olur, nəticədə bazanın istilik genişlənməsinə və ya istilik vibrasiyasına səbəb olur və bununla da ikisini ayırır. Bu üsulu təxminən iki vəziyyətə bölmək olar: biri səth çirkləndiricilərinin lazer enerjisini udması və genişlənməsi; digəri isə bazanın lazer enerjisini udması və istilik vibrasiyası yaratmasıdır. 1969-cu ildə SM Bedair və digərləri istilik müalicəsi, kimyəvi korroziya və qumlama ilə təmizləmə kimi müxtəlif səth təmizləmə üsullarının hamısının fərqli çatışmazlıqları olduğunu aşkar etdilər. Eyni zamanda, lazer fokuslamasından sonra yüksək enerji sıxlığı material səthinin buxarlanması fenomenini mümkün edə bilər ki, bu da material səthinin dağıdıcı olmayan təmizlənməsi imkanı yaradır. Təcrübələr nəticəsində məlum oldu ki, 30 MVt/sm2 güc sıxlığına malik yaqut Q-kommutasiyalı lazerdən istifadə etməklə bazaya zərər vermədən silikon material səth çirkləndiricilərinin təmizlənməsinə nail olmaq mümkündür və ilk dəfə olaraq material səth çirkləndiricilərinin lazerlə quru təmizlənməsi həyata keçirildi. Ümumi sürət film təbəqəsi fraqmentlərinin ayrılma sürəti ilə aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:
Düsturda ε lazer impuls enerji indeksini, h çirkləndirici təbəqənin qalınlıq indeksini, E isə təbəqənin elastiklik modulu indeksini təmsil edir.
2) Lazerlə Yaş Təmizləmə: Təmizlənəcək iş parçası impulslu lazerə məruz qalmazdan əvvəl səthə əvvəlcədən örtüklü maye təbəqəsi çəkilir. Lazerin təsiri altında maye təbəqəsinin temperaturu sürətlə yüksəlir və buxarlanır. Buxarlanma anında çirkləndirici hissəciklərə təsir edən və onların substratdan ayrılmasına səbəb olan zərbə dalğası yaranır. Bu üsul substratın və maye təbəqəsinin bir-biri ilə reaksiyaya girməməsini tələb edir və beləliklə, tətbiq olunan materialların çeşidini məhdudlaşdırır. 1991-ci ildə K. İmen və digərləri ənənəvi təmizləmə metodlarından istifadə edildikdən sonra yarımkeçirici lövhələrin və metal materialların səthlərində qalıq submikron hissəcik çirkləndiriciləri problemini həll etdilər və lazer enerjisini səmərəli şəkildə uda bilən material substratının səthinə bir təbəqə örtməyin tətbiqini araşdırdılar. Daha sonra, CO2 lazerindən istifadə edərək, təbəqə lazer enerjisini udur və temperaturu sürətlə artıraraq qaynadılır, partlayıcı buxarlanma yaradır və bu da çirkləndiriciləri substrat səthindən təmizləyir. Bu təmizləmə üsulu lazerlə yaş təmizləmə adlanır.
3) Lazer Plazma Şok Dalğası Təmizləməsi: Lazer plazma şok dalğaları, lazer hava mühitini şüalandırdıqda və sferik plazma şok dalğasının əmələ gəlməsinə səbəb olduqda yaranır. Şok dalğası təmizlənəcək iş parçasının səthində təsir göstərir və çirkləndiriciləri təmizləmək üçün enerji buraxır. Lazer substratda təsir göstərmir və beləliklə, substrata zərər vermir. Lazer plazma şok dalğası təmizləmə texnologiyası artıq bir neçə on nanometr diametrli hissəcikləri təmizləyə bilər və lazer dalğa uzunluğunda heç bir məhdudiyyət yoxdur. Plazma təmizlənməsinin fiziki prinsipi aşağıdakı kimi ümumiləşdirilə bilər: a) Lazer tərəfindən yayılan lazer şüası işlənmiş səthdəki çirklənmə təbəqəsi tərəfindən udulur. b) Böyük miqdarda udma sürətlə genişlənən plazma (yüksək ionlaşmış qeyri-sabit qaz) əmələ gətirir və zərbə dalğası yaradır. c) Zərbə dalğası çirkləndiricilərin parçalanmasına və çıxarılmasına səbəb olur. d) İşıq impulsunun impuls eni işlənmiş səthə zərər verə biləcək istilik yığılmasının qarşısını almaq üçün kifayət qədər qısa olmalıdır. e) Təcrübələr göstərib ki, metal səthində oksidlər olduqda, metal səthində plazma yaranır. Plazma yalnız enerji sıxlığı həddi aşdıqda, yəni çıxarılan çirklənmə təbəqəsindən və ya oksid təbəqəsindən asılı olaraq əmələ gəlir. Bu həd effekti substrat materialının təhlükəsizliyini təmin edərkən effektiv təmizləmə üçün çox vacibdir. Plazmanın görünüşü də ikinci bir həddə malikdir. Enerji sıxlığı bu həddi aşarsa, substrat materialı zədələnəcək. Substrat materialının təhlükəsizliyini təmin edərkən effektiv təmizləmə aparmaq üçün lazer parametrləri vəziyyətə uyğun olaraq tənzimlənməlidir ki, işıq impulsunun enerji sıxlığı ciddi şəkildə iki həd arasında olsun. 2001-ci ildə JM Lee və digərləri yüksək güclü lazerlərin fokuslandıqda plazma şok dalğaları yaratması xüsusiyyətindən istifadə etdilər və silikon lövhəyə paralel şüalandırmaq üçün 2,0 J/sm2 (silikon lövhələrin zədələnmə həddindən çox yüksək) enerji sıxlığına malik impuls lazerindən istifadə edərək silikon lövhənin səthində adsorbsiya olunmuş 1 μm volfram hissəciklərini uğurla təmizlədilər. Bu təmizləmə üsulu lazer plazma şok dalğası təmizlənməsi adlanır və ciddi şəkildə desək, lazer plazma şok dalğası təmizlənməsi quru lazer təmizlənməsinin bir növüdür. Bu üç lazer təmizləmə texnologiyasının ilkin məqsədi yarımkeçirici lövhələrin səthindəki kiçik hissəcikləri təmizləmək idi. Lazer təmizləmə texnologiyasının yarımkeçirici texnologiyanın inkişafı ilə ortaya çıxdığını demək olar. Bununla belə, lazer təmizləmə texnologiyası təkər qəlibinin təmizlənməsi, təyyarə dərisinin boyasının təmizlənməsi və artefakt səthinin bərpası kimi digər sahələrdə davamlı olaraq tətbiq olunur. Lazer şüalanması altında inert qaz substrat səthinə üfürülə bilər. Çirkləndiricilər səthdən soyulduqda, səthin yenidən çirklənməsinin və oksidləşməsinin qarşısını almaq üçün qaz tərəfindən dərhal səthdən üfürüləcək.
Thelazer təmizləmə texnologiyasının tətbiqi
1) Yarımkeçirici lövhələrin və optik substratların təmizlənməsi eyni prosesi əhatə edir, yəni xammalın kəsmə, üyütmə və s. vasitəsilə lazımi formalara salınması. Bu proses zamanı çıxarılması çətin olan və təkrarlanan çirklənmə problemlərinə səbəb olan hissəcik çirkləndiriciləri daxil olur. Yarımkeçirici lövhələrin səthindəki çirkləndiricilər dövrə lövhəsinin çap keyfiyyətinə təsir göstərə bilər və bununla da yarımkeçirici çiplərin ömrünü qısaldır. Optik substratların səthindəki çirkləndiricilər optik cihazların və örtüklərin keyfiyyətinə təsir göstərə bilər və qeyri-bərabər enerji paylanmasına səbəb ola bilər ki, bu da ömrü qısaldır. Lazerlə quru təmizləmə substrat səthinə zərər verməyə meylli olduğundan, bu təmizləmə üsulu yarımkeçirici lövhələrin və optik substratların təmizlənməsində daha az istifadə olunur. Lazerlə yaş təmizləmə və lazer plazma şok dalğası təmizləməsi bu sahədə daha uğurlu tətbiqlərə malikdir. Xu Chuanyi və digərləri ultra hamar optik substratların səthinə dielektrik təbəqə kimi mikromiqyaslı xüsusi maqnit boyanın çökdürülməsini araşdırdılar və sonra təmizləmə üçün impulslu lazerdən istifadə etdilər. Təmizləmə effekti yaxşı idi, baxmayaraq ki, vahid sahəyə düşən çirk hissəciklərinin sayı artdı, çirk hissəciklərinin ölçüsü və əhatə dairəsi əhəmiyyətli dərəcədə azaldı. Bu üsul ultra hamar optik substratların səthindəki mikromiqyaslı çirk hissəciklərini effektiv şəkildə təmizləyə bilər. Zhang Ping lazer plazma təmizləmə texnologiyasında müxtəlif hissəcik ölçülü çirkləndiricilərin təmizləyici təsirinə iş məsafəsinin və lazer enerjisinin təsirini araşdırdı. Təcrübə nəticələri göstərdi ki, keçirici şüşə substratlarda polistirol hissəcikləri üçün 240 mJ enerji üçün optimal iş məsafəsi 1,90 mm idi. Lazer enerjisi artdıqca təmizləmə effekti əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdı və böyük hissəcik çirkləndiricilərini təmizləmək daha asan oldu.
2) Metal material sahəsində metal material səthlərinin təmizlənməsi yarımkeçirici lövhələrin və optik substratların təmizlənməsindən fərqlidir. Təmizlənəcək çirkləndiricilər makroskopik kateqoriyaya aiddir. Metal materialların səthindəki çirkləndiricilər əsasən oksid təbəqəsini (pas təbəqəsi), boya təbəqəsini, örtüyü və digər əlavələri əhatə edir və üzvi çirkləndiricilərə (məsələn, boya təbəqəsi, örtük) və qeyri-üzvi çirkləndiricilərə (məsələn, pas təbəqəsi) təsnif edilə bilər. Metal material səthi çirkləndiricilərinin təmizlənməsi əsasən sonrakı emal və ya istifadə tələblərini ödəmək üçündür, məsələn, qaynaqdan əvvəl titan ərintisinin hissələrinin səthindən təxminən 10 μm oksid təbəqəsinin çıxarılması, təyyarənin əsaslı təmiri zamanı yenidən püskürtməni asanlaşdırmaq üçün dəri səthindəki orijinal boya örtüyünün çıxarılması və səthin təmizliyini, kalıbın keyfiyyətini və ömrünü təmin etmək üçün rezin təkər qəlibinə yapışmış rezin hissəciklərinin müntəzəm təmizlənməsi. Metal materialların zədələnmə həddi onların səth çirkləndiricilərinin lazer təmizləmə həddindən daha yüksəkdir. Uyğun güclü lazer seçməklə daha yaxşı təmizləmə effekti əldə etmək olar. Bu texnologiya bəzi sahələrdə yetkin şəkildə tətbiq edilmişdir. Wang Lihua və digərləri alüminium ərintilərinin və titan ərintilərinin səthlərindəki oksid örtüklərinin emalında lazer təmizləmə texnologiyasının tətbiqini araşdırdılar. Tədqiqat nəticələri göstərdi ki, 5,1 J/sm2 enerji sıxlığına malik lazerdən istifadə etməklə A5083-111H alüminium ərintisinin səthindəki oksid təbəqəsini təmizləmək olar və substratın keyfiyyətini qoruyub saxlaya bilər və orta hesabla 100 Vt gücündə impulslu lazerdən skanlama üsulu ilə istifadə etməklə titan ərintilərinin səthindəki oksid təbəqəsini effektiv şəkildə təmizləmək və material səthinin sərtliyini artırmaq olar. Ruike Laser, Daqu Laser və Shenzhen Chuangxin kimi yerli şirkətlər təkərlər, metal pas təbəqələri və komponentlərin səthindəki yağ ləkələri kimi rezin qəlibləri təmizləmək üçün geniş istifadə olunan lazer təmizləmə avadanlıqları hazırlamışlar.
3) Mədəni əmanətlər sahəsində metal və daş əmanətlərinin və kağız səthlərinin təmizlənməsi, uzun tarixə malik olduqları üçün səthlərində görünən kir və mürəkkəb ləkələri kimi çirkləndiriciləri təmizləmək üçün lazımdır. Əmanətləri bərpa etmək üçün bu çirkləndiricilər təmizlənməlidir. Xəttatlıq və rəsm kimi kağız əsərlərində düzgün saxlanılmadıqda, səthlərində kif əmələ gəlir və ləkələr əmələ gətirir. Bu ləkələr, xüsusən də yüksək mədəni və ya tarixi dəyəri olan kağızlar üçün kağızın orijinal görünüşünə ciddi təsir göstərir ki, bu da onun qiymətləndirilməsinə və qorunmasına təsir göstərəcək. Zhao Ying və digərləri kağız bükülmələrindəki kif ləkələrini təmizləmək üçün ultrabənövşəyi lazerdən istifadənin mümkünlüyünü araşdırdılar. Təcrübə nəticələri göstərdi ki, bir dəfə skan etmək üçün 3,2 J/mm2 enerji sıxlığına malik lazerdən istifadə etməklə nazik ləkələri, iki dəfə skan etmək isə ləkələri tamamilə silə bilər. Lakin, istifadə olunan lazer enerjisi çox yüksəkdirsə, ləkələri təmizləyərkən kağız bükülməsinə zərər verəcək. Zhang Xiaotong və digərləri lazer şaquli şüalanma maye film metodundan istifadə edərək qızılı tunc bir əmanəti uğurla bərpa etdilər. Zhang Licheng və digərləri Han sülaləsi dövrünə aid boyalı qadın saxsı fiqurunun bərpasında lazer təmizləmə texnologiyasından istifadə etdilər. Yuan Xiaodong və digərləri lazer təmizləmə texnologiyasının daş qalıqlarının təmizlənməsinə təsirini araşdırmış və təmizlənmədən əvvəl və sonra qumdaşı gövdəsinə dəyən ziyanı, eləcə də mürəkkəb ləkələrinin, tüstü çirklənməsinin və boya çirklənməsinin təmizləyici təsirlərini müqayisə etmişlər.
Nəticə: Lazer təmizləmə texnologiyası nisbətən inkişaf etmiş bir texnikadır və aerokosmik, hərbi texnika, elektron və elektrik mühəndisliyi kimi yüksək dəqiqlikli sahələrdə geniş tədqiqat və tətbiq perspektivlərinə malikdir. Hal-hazırda, lazer təmizləmə texnologiyası səmərəli, ekoloji cəhətdən təmiz və əla təmizləmə performansı sayəsində bəzi sahələrdə uğurla tətbiq olunur. Tətbiq sahələri tədricən genişlənir. Lazer təmizləmə texnologiyasının inkişafı yalnız boya təmizlənməsi və pas təmizlənməsi kimi sahələrdə yetkin şəkildə tətbiq olunmayıb, həm də son illərdə metal tellərdəki oksid təbəqəsini təmizləmək üçün lazerdən istifadə edildiyi barədə məlumatlar mövcuddur. Mövcud tətbiq sahələrinin genişlənməsi və yeni sahələrin inkişafı lazer təmizləmə texnologiyasının inkişafının əsasını təşkil edir. Yeni lazer təmizləmə avadanlıqlarının tədqiqi və inkişafı və yeni lazer təmizləmə avadanlıqlarının inkişafı müxtəlif funksiyalara səbəb olan fərqləndirmə göstərəcək. Gələcəkdə sənaye robotları ilə əməkdaşlıq yolu ilə tam avtomatik lazer təmizləməsinə nail olmaq da mümkündür. Lazer təmizləmə texnologiyasının inkişaf tendensiyası aşağıdakı kimidir:
(1) Lazer təmizləmə texnologiyasının tətbiqinə rəhbərlik etmək üçün lazer təmizləmə nəzəriyyəsi üzrə tədqiqatların gücləndirilməsi. Çox sayda sənədi nəzərdən keçirdikdən sonra məlum oldu ki, lazer təmizləmə texnologiyasını dəstəkləyən yetkin nəzəri sistem yoxdur və tədqiqatların əksəriyyəti təcrübələrə əsaslanır. Lazer təmizləmə nəzəri sisteminin yaradılması lazer təmizləmə texnologiyasının daha da inkişafı və yetkinləşməsi üçün təməldir.
(2) Mövcud tətbiq sahələrinin və yeni tətbiq sahələrinin genişləndirilməsi. Lazer təmizləmə texnologiyası boya təmizlənməsi və pas təmizlənməsi kimi sahələrdə uğurla tətbiq olunub və son illərdə metal tellərdəki oksid təbəqəsini təmizləmək üçün lazerdən istifadə edildiyi barədə məlumatlar var. Mövcud tətbiq sahələrinin genişləndirilməsi və yeni sahələrin inkişafı lazer təmizləmə texnologiyasının inkişafı üçün münbit zəmindir.
(3) Yeni lazer təmizləmə avadanlıqlarının tədqiqi və inkişafı. Yeni lazer təmizləmə avadanlıqlarının inkişafı fərqlilik göstərəcək. Bir növü, bir cihazın eyni vaxtda boya təmizlənməsi və pas təmizlənməsi funksiyalarını yerinə yetirə bilməsi kimi birdən çox tətbiq sahəsini əhatə edən müəyyən universallığa malik avadanlıqdır. Digər növü, kiçik məkanlarda çirkləndiriciləri təmizləmək funksiyasına nail olmaq üçün xüsusi qurğular və ya optik liflər dizayn etmək kimi xüsusi ehtiyaclar üçün ixtisaslaşmış avadanlıqdır. Sənaye robotları ilə əməkdaşlıq sayəsində tam avtomatik lazer təmizləmə də populyar bir tətbiq istiqamətidir.
Yazı vaxtı: 17 iyul 2025
