學(xué)術(shù)上說(shuō):激光燒蝕(激光清洗學(xué)名)或光燒蝕是通過(guò)用激光束照射從固體(或有時(shí)為液體)表面去除材料的過(guò)程。 在低激光通量下,材料被吸收的激光能量加熱并蒸發(fā)或升華。 在高激光通量下,材料通常會(huì)轉(zhuǎn)換為等離子體。
通常,激光燒蝕是指用脈沖激光去除材料,但是如果激光強(qiáng)度足夠高,則可以用連續(xù)波激光束燒蝕材料。 深紫外光的準(zhǔn)分子激光器主要用于光燒蝕。 用于光燒蝕的激光波長(zhǎng)約為200 nm。
吸收激光能量的深度以及單個(gè)激光脈沖去除的材料量取決于材料的光學(xué)特性以及激光波長(zhǎng)和脈沖長(zhǎng)度。 每個(gè)激光脈沖從靶標(biāo)燒蝕的總質(zhì)量通常稱為燒蝕率。 激光束掃描速度和掃描線覆蓋率等激光輻射特征會(huì)顯著影響燒蝕過(guò)程。
脈沖式的Nd:YAG激光清洗的過(guò)程依賴于激光器所產(chǎn)生的光脈沖的特性,基于由高強(qiáng)度的光束、短脈沖激光及污染層之間的相互作用所導(dǎo)致的光物理反應(yīng)。其物理原理可概括如下:
a)激光器發(fā)射的光束被需處理表面上的污染層所吸收。
b)大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子體(高度電離的不穩(wěn)定氣體),產(chǎn)生沖擊波。
c)沖擊波使污染物變成碎片并被剔除。
d)光脈沖寬度足夠短,以避免使被處理表面遭到破壞的熱積累。
e)實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)金屬表面上有氧化物時(shí),等離子體產(chǎn)生于金屬表面。
等離子體只在能量密度閾值的情況下產(chǎn)生,這個(gè)閾值取決于被去除的污染層或氧化層。這個(gè)閾值效應(yīng)對(duì)在基底材料安全的情況下進(jìn)行有效清潔非常重要。等離子體的出現(xiàn)還存在第二個(gè)閾值。如果能量密度超過(guò)這一閾值,則基底材料將被破壞。為在基底材料安全的前提下進(jìn)行有效的清潔,根據(jù)情況調(diào)整激光參數(shù),使光脈沖的能量密度嚴(yán)格處于兩個(gè)閾值之間。
在歐洲激光清洗系統(tǒng)早已應(yīng)用在航空工業(yè)中。飛機(jī)的表面過(guò)一定時(shí)間后要重新噴漆,但是噴漆之前需要將原來(lái)的舊漆完全除去。傳統(tǒng)的機(jī)械清除油漆法容易對(duì)飛機(jī)的金屬表面造成損傷,給安全飛行帶來(lái)隱患。如采用多個(gè)激光清洗系統(tǒng),可在兩天之內(nèi)將一架A320空中客車表面的漆層完全除掉,且不會(huì)損傷到金屬表面。
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