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工业领域激光清洗研究现状

发布时间:2020-3-20

20世纪80年代,随着半导体行业高速发展,对硅晶元上掩模表面的污染微粒的清洗技术提出了更高的要求,其关键点在于克服污染微颗粒与基材之间极大的吸附力,传统的化学清洗、机械清洗、超声清洗方法均无法满足需求,而激光清洗可以很容易解决此类污染问题,相关研究与应用得到迅速开展。

IBM公司的W. Zapka等在1987年首次申请了关于激光清洗方面的专利,进入90年代之后,同在IBM工作的A.C. Tam等成功将激光清洗技术应用于半导体制造工艺中,用于去除掩模表面微颗粒,实现了早期激光清洗技术在工业领域的应用。1995年,德国的Schweizer等使用2 kW的TEA CO2激光器成功实现飞机机身除漆的应用。

进入21世纪后,随着超短脉冲激光器制造技术的高速发展和成本降低,国内外对激光清洗技术的研究和应用逐步增多,重点集中在金属材料表面,国外的典型应用有飞机机身脱漆、模具表面除油污、发动机内部除积碳和焊前接头表面清理等。值得一提的是,先进复合材料部件的激光脱漆研究与应用也会是一大热点。美国海军H-53、H-56直升机螺旋桨叶片和F16战斗机平尾等复合材料表面均已实现激光脱漆应用,我国由于复合材料在飞机上的应用较晚,因此此类研究基本处于空白。

此外,有关CFRP复合材料胶接前接头处采用激光清洗技术做表面处理来提高接头强度也是当前的研究重点,应用前景十分乐观。图5为Adapt Laser公司提供奥迪TT汽车生产线的光纤激光清洗装备,用于清洗轻质铝合金车门框表面的氧化膜。英国Rolls-Royce在激光清洗钛合金航空发动机部件表面氧化膜方面开展了应用。

工业领域激光清洗技术的应用方向包括:航天、航空、汽车、高铁、舰船、海洋和核电等,具体清洗内容覆盖除锈、除氧化膜、除涂层、脱漆、除油污、除微生物和除核微粒等。由于国内较国外在激光清洗领域开展的研究较晚,加上短脉冲激光器本身价格昂贵,需要更高的清洗效率与之相匹配才能在实际应用中取得较高价值,因此目前相关应用极少。