레이저 클리닝은 고체 표면에 있는 다양한 재료와 크기의 더러운 입자와 필름 층을 제거하는 효과적인 방법입니다. 고휘도 및 양호한 지향성 연속 또는 펄스 레이저를 통해 광학 포커싱 및 스폿 성형을 통해 레이저 빔의 특정 스폿 모양 및 에너지 분포를 형성하고 청소가 필요한 오염 물질의 표면에 조사되어 부착된 오염 물질을 제거합니다. 레이저 에너지를 흡수하여 진동, 용융, 연소, 심지어 가스화 및 일련의 복잡한 물리적, 화학적 과정을 생성합니다. 그리고 마지막으로 재료 표면에서 오염 물질을 제거합니다. 레이저가 청소된 표면에 작용하더라도 대부분이 반사되어 기판에 손상을 주지 않아 청소 효과를 얻을 수 있습니다.
레이저 클리닝은 다양한 분류 기준에 따라 분류될 수 있습니다. 예를 들어 레이저 클리닝 공정에서 기판 표면을 액막으로 덮는지 여부는 건식 레이저 클리닝과 습식 레이저 클리닝으로 구분된다. 전자는 오염물질 표면에 레이저를 직접 조사하는 방식이고, 후자는 레이저 클리닝 표면에 수분이나 액상막을 도포해야 하는 방식이다. 습식 레이저 클리닝의 효율은 높지만, 습식 레이저 클리닝은 액상 필름을 수동으로 코팅해야 하므로 액상 필름의 구성이 매트릭스 재료 자체의 특성을 변경할 수는 없습니다. 따라서 건식 레이저 클리닝 기술과 비교하여 습식 레이저 클리닝의 적용 범위에는 특정 제한이 있습니다. 건식 레이저 클리닝은 가장 널리 사용되는 레이저 클리닝 방법으로, 레이저 빔을 사용하여 공작물 표면에 직접 조사하여 파티클과 필름을 제거하는 것입니다.
1. 레이저 드라이클리닝
레이저 드라이 클리닝의 기본 원리는 레이저를 입자와 소재 기판에 조사한 후 흡수된 빛 에너지가 순간적으로 열에너지로 변환되어 입자나 소재 기판 또는 둘 다 순간적으로 열팽창을 일으키는 것입니다. 동시에 입자와 기판 사이에 가속이 즉시 생성됩니다. 가속에 의해 생성된 힘은 입자와 기판 사이의 흡착력을 극복하고 입자가 기판 표면에서 빠져나가게 합니다.
레이저 드라이클리닝의 다양한 흡수 방식에 따라 레이저 드라이클리닝은 주로 다음 두 가지 형태로 나눌 수 있습니다.
1. 모재보다 융점이 높은(또는 레이저 흡수율의 차이가 큰) 먼지 입자의 경우 : 이때 입자 흡수 레이저 조사는 기판 흡수(a) 또는 반대(b)보다 강합니다. 입자 흡수 레이저 빛 에너지가 열에너지로 변환되어 입자의 열팽창을 유발합니다. 열팽창량은 매우 작지만 열팽창은 매우 짧은 시간에 발생하므로 엄청난 순간 가속도가 발생합니다. 기판에서는 기판이 입자에 반응하는 동안. 힘은 서로에 대한 결합력을 극복하고 입자를 기판에서 분리합니다. 개략도는 다음과 같습니다.
2. 끓는점이 낮은 먼지의 경우: 표면 먼지는 레이저 에너지를 직접 흡수하고, 순간적인 고온 비등으로 증발하며, 직접 기화는 다음 그림과 같이 먼지를 제거합니다.
2. 레이저 습식 세정
레이저 웨트 클리닝은 레이저 스팀 클리닝이라고도 알려져 있으며, 드라이 클리닝에 비해 웨트 클리닝은 청소 부품의 표면에 수 미크론 두께의 액막이나 중간막의 얇은 층이 있으며, 액막은 레이저 조사에 의해 액막 온도가 상승합니다. 즉시 많은 수의 기포 가스화 반응을 생성합니다. 가스화 폭발에 의해 생성된 충격력은 입자와 기판 사이의 흡착력을 극복합니다. 입자에 따라 액막과 기판의 레이저 파장 흡수 계수가 다르므로 레이저 습식 세정은 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
1. 기판은 레이저 에너지를 강하게 흡수합니다.
기판과 액막에 레이저를 조사하면 기판에 의한 레이저의 흡수가 액막에 비해 훨씬 크기 때문에 그림과 같이 기판과 액막의 경계면에서 폭발적인 기화 현상이 발생한다. 아래 그림에서. 이론적으로는 펄스 시간이 짧을수록 접합부에서 과열되기 쉬워 폭발 충격이 커집니다.
2. 액체 필름 흡수 레이저 에너지가 강함
이 세정의 원리는 레이저 에너지의 대부분을 액막이 흡수하고, 아래 그림과 같이 액막 표면에 폭발적인 가스화가 발생한다는 것입니다. 이때 폭발 충격력은 액막 표면에 있기 때문에 레이저 클리닝 효율은 기판 흡수만큼 좋지 않습니다. 기판이 흡수되면 기판과 액막의 교차점에서 기포와 폭발이 발생하고 폭발 충격력이 입자를 기판 표면에서 밀어내는 것이 더 쉽기 때문에 기판 흡수 청소 효과가 더 좋습니다.
3. 기판과 액체 필름은 모두 레이저 에너지를 흡수합니다.
이때, 세정효율은 매우 낮으며, 액막에 레이저를 조사한 후 레이저 에너지의 일부가 흡수되어 에너지가 액막 전체에 분산되어 액막이 끓어 거품이 생기고 나머지는 그림에 표시된 것처럼 레이저 에너지는 액체 필름을 통과한 후 기판에 흡수됩니다. 이 방법은 끓는 기포를 생성하기 위해 더 많은 레이저 에너지가 필요하므로 폭발을 일으킬 수 있습니다. 그래서 이 방법은 매우 비효율적입니다.
레이저 습식 세정에 기판 흡수 방법을 사용하는 경우 대부분의 레이저 에너지가 기판에 흡수되기 때문에 액막과 기판 사이의 접합부가 과열되고 경계면에 기포가 생성됩니다. 건식 청소와 비교하여 습식 청소는 접합 기포 폭발로 인해 발생하는 충격력을 사용하여 레이저 청소를 수행합니다. 동시에, 특정 화학 물질을 액체 필름에 첨가하여 오염 물질 입자와 화학적으로 반응하여 입자와 기판 재료 사이의 흡착력을 감소시켜 레이저 청소의 임계값을 줄일 수 있습니다. 따라서 습식 세정은 어느 정도 세정 효율성을 향상시킬 수 있지만 동시에 특정 어려움이 있으며, 액막 도입으로 인해 새로운 오염이 발생할 수 있으며 액막 두께를 제어하기가 어렵습니다.
3. 레이저 클리닝 품질에 영향을 미치는 요인
4. 레이저 파장의 영향
레이저 클리닝의 전제는 레이저 흡수이므로 레이저 광원을 선택할 때는 먼저 클리닝 작업물의 광흡수 특성을 결합하고 밴드에 적합한 레이저를 레이저 광원으로 선택해야 합니다. 또한 외국 과학자들의 실험 연구에 따르면 동일한 특성을 가진 오염 물질 입자를 청소하면 파장이 짧을수록 레이저의 청소 능력이 강해지고 청소 임계 값이 낮아지는 것으로 나타났습니다. 재료의 광흡수 특성을 충족한다는 전제 하에 세척 효과와 효율성을 높이기 위해서는 더 짧은 파장의 레이저를 세척 광원으로 선택해야 함을 알 수 있습니다.
5. 전력 밀도의 영향
레이저 클리닝 중에는 레이저 출력 밀도에 대한 높은 손상 임계값과 낮은 클리닝 임계값이 있습니다. 이 범위에서는 레이저 클리닝의 레이저 출력 밀도가 클수록 클리닝 용량이 커지고 클리닝 효과가 더욱 뚜렷해집니다. 따라서 모재에 손상을 주지 않으면서 레이저의 출력밀도를 최대한 높여야 한다.
6. 펄스 폭의 영향
레이저 클리닝 광원은 연속광 또는 펄스광일 수 있으며 펄스 레이저는 높은 피크 전력을 제공할 수 있으므로 임계값 요구 사항을 쉽게 충족할 수 있습니다. 또한, 세정 공정으로 인해 기판에 미치는 열 영향 측면에서 펄스 레이저의 영향은 더 작고, 연속 레이저에 의해 발생하는 열 영향 면적은 더 큰 것으로 연구 결과 밝혀졌습니다.
7. 스캐닝 속도와 주파수의 영향
물론, 레이저 클리닝 과정에서 레이저 스캐닝 속도가 빠를수록 빈도는 낮아지고 클리닝 효율은 높아지지만, 이로 인해 클리닝 효과가 감소할 수 있습니다. 따라서 실제 세척 적용 과정에서는 세척 작업물의 재질 특성과 오염 상황에 따라 적절한 스캐닝 속도와 스캐닝 빈도를 선택해야 합니다. 스캐닝 등의 중복률도 청소 효과에 영향을 미칩니다.
8. 디포커싱 정도에 따른 효과
레이저 클리닝 전, 레이저는 대부분 특정 포커싱 렌즈 조합을 통해 수렴하며 실제 레이저 클리닝 공정은 일반적으로 디포커스(defocus)의 경우 수행됩니다. 디포커스가 클수록 재료의 스폿이 커지고 스캐닝 영역이 넓어지며, 효율성이 더 높아집니다. 총 출력이 일정할 때 디포커싱 양이 작을수록 레이저의 출력 밀도가 커지고 세척 능력이 강해집니다.
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