Технологияи тозакунии лазерӣяк татбиқи муваффақонаи технологияи лазерӣ дар соҳаи муҳандисӣ мебошад. Принсипи асосии он аз зичии баланди энергияи лазерҳо истифода мебарад, то таъсири мутақобилаи байни нурҳои лазерӣ ва ифлоскунандаҳоеро, ки ба субстратҳои корӣ часпидаанд, таъмин намояд. Ифлоскунандаҳо аз субстратҳо тавассути васеъшавии фаврии гармӣ, обшавӣ, бухоршавии газ ва дигар механизмҳо ҷудо карда мешаванд. Технологияи тозакунии лазерӣ, ки дорои самаранокии баланд, тозакунии муҳити зист ва сарфаи энергия мебошад, дар тозакунии қолаби шина, тоза кардани ранги кузови ҳавопаймо, барқароркунии ёдгориҳои фарҳангӣ ва дигар соҳаҳо бомуваффақият татбиқ шудааст.
Технологияҳои анъанавии тозакунӣ иборатанд аз тозакунии механикии соиш (регпошӣ, тозакунии фишори баланди об ва ғайра), тозакунии зангзании кимиёвӣ, тозакунии ултрасадоӣ, тозакунии яхи хушк ва ғайра. Ин технологияҳо дар соҳаҳо ба таври васеъ истифода мешаванд. Масалан, регпошӣ метавонад доғҳои занги металлӣ, каҷҳои сатҳӣ ва рӯйпӯшҳои конформалиро дар тахтаҳои схемавӣ бо интихоби абразивҳои сахтии гуногун тоза кунад. Тозакунии зангзании кимиёвӣ барои тоза кардани қабати равғани рӯи таҷҳизот, тозакунии қабати дегхона ва кушодани қубурҳои нафт ба таври васеъ истифода мешавад. Дар ҳоле ки усулҳои анъанавӣ пухта шудаанд, камбудиҳои назаррас доранд: регпошӣ ба осонӣ ба сатҳҳои коркардшуда зарар мерасонад ва тозакунии зангзании кимиёвӣ боиси ифлосшавии муҳити зист мегардад ва дар сурати нодуруст истифода бурдан метавонад ба субстратҳо занг занад. Пайдоиши тозакунии лазерӣ инқилобро дар технологияи тозакунӣ нишон медиҳад. Бо истифода аз зичии баланди энергия, дақиқӣ ва интиқоли самараноки лазерҳо, тозакунии лазерӣ аз усулҳои анъанавӣ дар самаранокии тозакунӣ, дақиқӣ ва ҷойгиркунӣ бартарӣ дорад. Он ифлосшавии муҳити зистро аз тозакунии кимиёвӣ бартараф мекунад ва ба субстратҳо зарар намерасонад.
Принсипҳои тозакунии лазерӣ
Тозакунии лазерӣ чист? Он ба раванди тоза кардани маводҳо аз сатҳҳои сахт (ё баъзан моеъ) тавассути нурпошии нурҳои лазерӣ ишора мекунад. Дар ҷараёни пасти лазерӣ, энергияи лазерии ҷаббидашуда маводҳоро гарм мекунад ва боиси бухоршавӣ ё сублиматсия мегардад. Дар ҷараёни баланди лазерӣ, маводҳо одатан ба плазма табдил меёбанд. Тозакунии лазерӣ одатан барои тоза кардани мавод аз лазерҳои импулсӣ истифода мебарад, гарчанде ки нурҳои лазерии мавҷи пайваста метавонанд маводҳоро бо шиддати кофӣ аблятсия кунанд. Лазерҳои эксимерии ултрабунафши амиқ, ки дарозии мавҷҳои тақрибан 200 нм доранд, асосан барои фотоаблятсия истифода мешаванд.
Чуқурииэнергияи лазерӣҶаббиш ва миқдори маводи хориҷшуда дар як импулс аз хосиятҳои оптикии мавод, инчунин дарозии мавҷи лазер ва давомнокии импулс вобаста аст. Массаи умумии аблятсия аз як ҳадаф дар як импулс ҳамчун суръати аблятсия муайян карда мешавад. Хусусиятҳои радиатсияи лазерӣ, ба монанди суръати сканкунӣ ва фарогирии хат, ба раванди аблятсия таъсири назаррас мерасонанд.
Намудҳои технологияи тозакунии лазерӣ
1) Тозакунии хушки лазерӣ
Тозакунии хушки лазерӣ инҳоро дар бар мегираднурпошии мустақими лазерии импулсии қисмҳои корӣ. Ифлоскунандаҳо ё субстратҳо энергияи лазерро ҷаббида, ҳарорати онҳоро баланд мекунанд ва васеъшавии гармӣ ё ларзиши гармии субстратро ба вуҷуд меоранд, ки ифлоскунандаҳоро аз субстратҳо ҷудо мекунад. Ин дар ду сенария рух медиҳад: ё ифлоскунандаҳои сатҳӣ энергияи лазерро ҷаббида, васеъ мешаванд, ё субстратҳо энергияро ҷаббида, ба таври гармӣ ларзиш мекунанд.
Дар соли 1969, С.М. Бедайр ва ҳамкоронаш муайян карданд, ки коркарди анъанавии сатҳӣ (коркарди гармӣ, зангзании кимиёвӣ, пошидани рег) ҳама маҳдудиятҳо доранд. Онҳо мушоҳида карданд, ки зичии баланди энергияи лазерҳои фокусӣ метавонанд маводҳои сатҳро бе осеб расонидан ба субстратҳо бухор кунанд. Таҷрибаҳо тасдиқ карданд, ки лазери ёқути Q-гузаранда бо зичии қувваи 30 МВт/см² метавонад ифлоскунандаҳоро аз сатҳҳои кремний бе осеб дидани субстрат тоза кунад, ки ин аввалин татбиқи тозакунии хушки лазерӣ буд.
Суръати умумии тозакуниро метавон тавассути суръати ҷудошавии партовҳои плёнка, ки дар зер нишон дода шудааст, ифода кард:
(Формула: ε — индекси энергияи импулси лазерӣ; h — индекси ғафсии плёнкаи ифлоскунанда; E — индекси модули чандирии плёнка)
2) Тозакунии тар бо лазер
Пеш аз шуоъдиҳии лазерии импулсӣ, плёнкаи моеъ дар сатҳи кор пешакӣ пӯшонида мешавад. Энергияи лазер плёнкаро зуд гарм ва бухор мекунад ва мавҷи зарбаи фавриро ба вуҷуд меорад, ки зарраҳои ифлоскунандаро аз субстрат ҷудо мекунад. Ин усул ба аксуламали кимиёвӣ байни субстрат ва плёнкаи моеъ ниёз надорад, ки маводи татбиқшавандаи онро маҳдуд мекунад.
Дар соли 1991, К. Имен ва ҳамкоронаш пас аз тозакунии анъанавӣ ифлоскунандаҳои боқимондаи субмикронро дар пластинаҳои нимноқилҳо ва металлҳо бартараф карданд. Онҳо субстратҳоро бо плёнкаи ҷаббандаи лазерӣ пӯшонида, онро бо лазери CO₂ нур доданд. Плёнка энергияро ҷаббида, зуд гарм карда, ҷӯшонида ва бухоршавии таркандаро аз сар гузаронида, ифлоскунандаҳои сатҳро тоза кард - ин тозакунии тарро бо лазер муайян мекунад.
3) Тозакунии мавҷи зарбаи плазмавии лазерӣ
Мавҷҳои зарбаи плазмаи лазерӣ вақте ба вуҷуд меоянд, ки лазерҳо ҳангоми шуоъдиҳӣ ҳаворо ба мавҷҳои зарбаи плазмаи курашакл ион мекунанд. Ин мавҷҳои зарба ба субстратҳо зарба мезананд ва энергияро барои тоза кардани ифлоскунандаҳо бе осеб расонидан ба субстрат ҷудо мекунанд (лазерҳо мустақиман бо субстратҳо ҳамкорӣ намекунанд). Ин технология зарраҳои хурдро то даҳҳо нанометр тоза мекунад ва ба дарозии мавҷи лазер ягон маҳдудият намегузорад.
Принсипҳои физикии тозакунии плазма чунин ҷамъбаст карда мешаванд:
а) Шуоъҳои лазерӣ аз ҷониби қабати олудакунанда дар сатҳи ҳадаф фурӯ бурда мешаванд.
б) Ҷабби баланди энергия плазмаи босуръат васеъшавандаро (газии ноустувори ионизатсияшуда) ташкил медиҳад ва мавҷҳои зарбаро ба вуҷуд меорад.
в) Мавҷҳои зарба ифлоскунандаҳоро пора-пора мекунанд ва хориҷ мекунанд.
г) Импулсҳои лазерӣ бояд ба қадри кофӣ кӯтоҳ бошанд, то аз ҷамъшавии гармие, ки ба субстрат зарар мерасонад, пешгирӣ карда шавад.
д) Таҷрибаҳо нишон медиҳанд, ки ҳангоми мавҷуд будани оксидҳо дар сатҳҳои металлӣ шаклҳои плазмавӣ пайдо мешаванд.
Тавлиди плазма танҳо аз ҳадди зичии энергия болотар рух медиҳад, ки аз қабати ифлоскунанда ё оксиде, ки бояд тоза карда шавад, вобаста аст. Остонаи дуюми баландтар вуҷуд дорад, ки аз он болотар ба субстрат осеб мебинад. Барои таъмини тозакунии самаранок бидуни осеби субстрат, параметрҳои лазер бояд танзим карда шаванд, то зичии энергияи импулс байни ин ду остона нигоҳ дошта шавад.
Дар соли 2001, Ҷ.М. Ли ва ҳамкоронаш аз мавҷҳои зарбаи плазмавӣ аз лазерҳои фокусии пуриқтидор истифода бурданд. Лазери импулсӣ бо зичии энергияи 2.0 Ҷ/см² (хеле зиёдтар аз ҳадди зарари кремний) вафлҳои кремнийро ба таври мувозӣ нур дод ва зарраҳои волфрами 1 мкм-ро бомуваффақият тоза кард. Хулоса, тозакунии мавҷҳои зарбаи плазмавии лазерӣ як зермаҷмӯи тозакунии хушк аст.
Ин се технологияи тозакунии лазерӣ, ки дар аввал барои тоза кардани зарраҳои микроскопӣ аз пластинаҳои нимноқилӣ таҳия шуда буданд, ба тоза кардани қолаби чархҳо, тоза кардани ранги пӯсти ҳавопаймоҳо, барқарорсозии ёдгориҳои фарҳангӣ ва ғайра густариш ёфтаанд. Ҳангоми нурпошии лазерӣ гази инертиро ба субстратҳо пошидан мумкин аст, то ифлоскунандаҳои ҷудошударо фавран тоза кунад ва аз ифлосшавӣ ва оксидшавӣ пешгирӣ кунад.
Истифодаи технологияи тозакунии лазерӣ
1) Саноати нимноқилҳо: Тозакунии пластинаҳои нимноқилҳо ва субстратҳои оптикӣ
Вафли нимноқилҳо ва субстратҳои оптикӣ барои ташаккул додани шаклҳои дилхоҳ марҳилаҳои якхелаи коркардро (буридан, майда кардан) мегузаронанд ва ифлоскунандаҳои зарраҳоеро ворид мекунанд, ки тоза карданашон душвор аст ва ба ифлосшавии дубора дучор мешаванд. Ифлоскунандаҳо дар вафлиҳо сифати чопи схемаро паст мекунанд ва мӯҳлати хизмати чипҳоро кӯтоҳ мекунанд. Дар субстратҳои оптикӣ, онҳо кори дастгоҳи оптикӣ ва рӯйпӯшро паст мекунанд, ки боиси тақсимоти нобаробари энергия ва коҳиши мӯҳлати хизмат мегардад.
Тозакунии хушки лазерӣ дар ин ҷо аз сабаби хатари осеб дидани субстрат кам истифода мешавад, дар ҳоле ки тозакунии тар ва тозакунии мавҷи зарбаи плазмавӣ татбиқҳои зиёди муваффақ доранд. Сюй Чуаньи ва ҳамкоронаш ранги магнитии миқёси микронро ҳамчун плёнкаи диэлектрикӣ дар субстратҳои оптикии ултраҳамвор гузоштанд ва ба тозакунии самараноки лазерии импулсӣ ноил шуданд. Гарчанде ки зарраҳои ифлосии умумӣ афзоиш ёфтанд, андоза ва фарогирии онҳо ба таври назаррас коҳиш ёфт. Чжан Пин таъсири масофаи корӣ ва энергияи лазерро ба самаранокии тозакунӣ барои зарраҳои андозаҳои гуногун омӯхт. Таҷрибаҳо нишон доданд, ки лазери 240 мҶ ба тозакунии оптималии зарраҳои полистирол дар шишаи ноқил дар масофаи кории 1,90 мм ноил гардид. Самаранокии тозакунӣ бо энергияи баланди лазер беҳтар шуд ва тоза кардани зарраҳои калонтар осонтар шуд.
2) Саноати металлӣ: Тозакунии сатҳи металлӣ
Тозакунии сатҳи металлӣ ифлоскунандаҳои макроскопиро ҳадаф қарор медиҳад: қабатҳои оксид/занг, ранг, рӯйпӯшҳо ва дигар замимаҳо, ки ҳамчун ифлоскунандаҳои органикӣ (ранг, рӯйпӯшҳо) ё ғайриорганикӣ (занг) гурӯҳбандӣ шудаанд. Тозакунӣ ба талаботи коркард/истифодаи минбаъда ҷавобгӯ аст: масалан, тоза кардани қабатҳои оксиди ғафсии 10 мкм аз хӯлаҳои титан пеш аз кафшер, тоза кардани ранг аз пӯсти ҳавопаймо барои рангкунии дубора ва тоза кардани боқимондаҳои резинӣ аз қолабҳои шина барои таъмини сифати маҳсулот ва мӯҳлати истифодаи қолаб.
Металлҳо нисбат ба остонаҳои тозакунии ифлоскунанда остонаҳои баланди зарар доранд, ки имкон медиҳад, ки бо лазерҳои мувофиқ тозакунии самаранок анҷом дода шавад. Барномаҳои пешрафта инҳоянд: Ванг Лихуа ва ҳамкорон нишон доданд, ки лазери 5.1 Ҷ/см² қабатҳои оксидро аз хӯлаи алюминийи A5083-111H тоза мекунад ва сифати субстратро нигоҳ медорад ва лазери импулсии 100 Вт қабатҳои оксиди хӯлаи титанро самаранок тоза мекунад ва сахтии сатҳро беҳтар мекунад. Истеҳсолкунандагони ватанӣ (Raycus Laser, Han's Laser, Shenzhen Chuangxin) таҷҳизоти тозакунии лазериро барои қолабҳои резинӣ, занги металлӣ ва тоза кардани равғани қисмҳо ба таври васеъ таъмин мекунанд.
3) Ҳифзи ёдгориҳои фарҳангӣ: Тозакунии ёдгориҳои фарҳангӣ ва ашёи коғазӣ
Ёдгориҳои фарҳангии металлӣ ва сангӣ бо мурури замон хок, доғҳои сиёҳӣ ва дигар ифлоскунандаҳоро ҷамъ мекунанд, ки барои барқарор кардани намуди аслӣ тоза кардан лозим аст. Дар асарҳои коғазӣ (расмҳо, хаттотӣ) ҳангоми нигоҳдории нодуруст қолаб ва лавҳаҳо пайдо мешаванд, ки ин ҳолат ва арзиши фарҳангӣ/таърихии онҳоро ба таври ҷиддӣ вайрон мекунад.
Чжао Ин ва ҳамкоронаш тозакунии лавҳаҳои қолабро бо лазери ултрабунафш дар коғази биринҷ тасдиқ карданд: як сканкунӣ бо 3.2 Ҷ/мм² лавҳаҳои тунукро тоза кард, дар ҳоле ки ду сканкунӣ пурра тозакуниро таъмин кард; энергияи аз ҳад зиёди лазер ба коғаз зарар расонд. Чжан Сяотун бо истифода аз усули тар бо лазер як асари тиллоии биринҷиро бомуваффақият барқарор кард. Чжан Личенг тозакунии лазериро ба ҳайкалчаи сафолии занонаи рангкардашуда аз сулолаи Хан татбиқ кард. Юан Сяодун ва ҳамкоронаш самаранокии тозакунии лазерро барои боқимондаҳои санг арзёбӣ карданд ва осеби зеризаминӣ ва самаранокии тозакунии доғҳои ранг, дуд ва рангро дар санги рег муқоиса карданд.
Хулоса
Тозакунии лазерӣ як технологияи пешрафта бо дурнамои васеи таҳқиқот ва татбиқ дар соҳаи кайҳонӣ, таҷҳизоти низомӣ, электроника ва дигар соҳаҳои дақиқи баланд мебошад. Аз сабаби самаранокӣ, тозагии экологӣ ва натиҷаҳои аълои тозакунӣ, татбиқи он дар соҳаҳои гуногун рушд мекунад. Илова бар тозакунии ранг ва занги муқарраршуда, пешрафтҳои охирин тозакунии лазерии қабатҳои оксидӣ дар симҳои металлиро дар бар мегиранд. Рушди оянда аз васеъ кардани барномаҳои мавҷуда, ворид шудан ба соҳаҳои нав ва навоварии таҷҳизот вобаста аст:
- Тақвияти таҳқиқоти назариявӣ барои роҳнамоии татбиқи амалӣ. Таҳқиқоти кунунӣ ба таҷрибаҳо такя мекунанд ва чаҳорчӯбаи назариявии пухта надоранд. Таъсиси чунин чаҳорчӯба барои камолоти технологӣ муҳим аст.
- Истифодаи соҳаҳои мавҷуда ва навро васеъ кунед. Дар соҳаи тозакунии ранг/занг, истифодаи нав тозакунии оксиди сими металлиро дар бар мегирад, ки заминаи мусоидро барои афзоиш фароҳам меорад.
- Таҳияи таҷҳизоти нави тозакунии лазерӣ, ки ба дастгоҳҳои универсалии бисёрмақсад (масалан, тозакунии якҷояи ранг/занг) ва асбобҳои махсус (масалан, асбобҳо/нахҳои фармоишӣ барои фазоҳои маҳдуд) тамаркуз мекунад. Автоматикунонии пурра тавассути ҳамгироӣ бо роботҳои саноатӣ самти умедбахш аст.
Вақти нашр: 14 майи соли 2026
