Meginreglan, gerðir og notkunleysigeislahreinsuntækni
Leysihreinsunartækni er farsæl notkun leysitækni í verkfræðigeiranum. Grunnreglan er að nýta mikla orkuþéttleika leysisins til að hafa samskipti við mengunarefni sem festast við undirlag vinnustykkisins, sem veldur því að þau aðskiljast frá undirlaginu í formi tafarlausrar varmaþenslu, bráðnunar og uppgufunar. Leysihreinsunartækni einkennist af mikilli skilvirkni, umhverfisvænni og orkusparnaði. Hún hefur verið notuð með góðum árangri á sviðum eins og hreinsun á dekkjamótum, fjarlægingu á málningu á flugvélum og endurgerð menningarminja.
Hefðbundnar hreinsunaraðferðir fela í sérvélræn núningshreinsun(sandblásturshreinsun, háþrýstiþvottur o.s.frv.), efnahreinsun á tæringu, ómskoðunarhreinsun, þurríshreinsun o.s.frv. Þessar hreinsunartækni hafa verið mikið notaðar í ýmsum atvinnugreinum. Til dæmis getur sandblásturshreinsun fjarlægt ryðbletti úr málmi, skurði á málmyfirborði og þríþætt lakk á rafrásarplötum með því að velja slípiefni af mismunandi hörku. Efnahreinsunartækni er mikið notuð við hreinsun á olíublettum á yfirborði búnaðar, kalksteinum í katlum og olíuleiðslum. Þó að þessar hreinsunartækni hafi verið vel þróaðar eru enn nokkur vandamál í gangi. Til dæmis getur sandblásturshreinsun auðveldlega valdið skemmdum á meðhöndluðu yfirborði og efnahreinsun á tæringu getur valdið umhverfismengun og tæringu á hreinsuðu yfirborði ef það er ekki meðhöndlað rétt. Tilkoma leysigeislahreinsunartækni er bylting í hreinsunartækni. Hún nýtir sér mikla orkuþéttleika, mikla nákvæmni og skilvirka flutning leysigeislaorku og hefur augljósa kosti umfram hefðbundna hreinsunartækni hvað varðar hreinsunarhagkvæmni, hreinsunarnákvæmni og hreinsunarstað. Hún getur á áhrifaríkan hátt komið í veg fyrir umhverfismengun af völdum efnahreinsunar á tæringu og annarrar hreinsunartækni og mun ekki valda skemmdum á undirlaginu.
HinnMeginreglan um leysihreinsun
Hvað er þá leysigeislahreinsun? Leysigeislahreinsun er ferli þar sem leysigeisli er notaður til að fjarlægja efni af yfirborði fasts efnis (eða stundum vökva). Við lágt leysigeislaflæði hitar efnið upp við frásogaða leysigeislaorkuna og gufar upp eða sublimerar. Við hátt leysigeislaflæði breytist efnið venjulega í plasma. Venjulega vísar leysigeislahreinsun til að fjarlægja efni með púlsuðum leysigeislum, en ef leysigeislastyrkurinn er nógu mikill er hægt að nota samfellda bylgjuleysigeisla til að fjarlægja efnið. Excimer leysir djúpt útfjólublátt ljós er aðallega notaður til ljósleiðni. Leysigeislabylgjulengdin sem notuð er til ljósleiðni er um það bil 200 nm. Dýpt frásogs leysigeislans og magn efnis sem fjarlægt er með einum leysigeislapúlsi fer eftir ljósfræðilegum eiginleikum efnisins, sem og bylgjulengd leysigeislans og púlslengd. Heildarmassinn sem hver leysigeisli fjarlægir frá skotmarkinu er venjulega kallaður afhýðingarhraði. Skannhraði leysigeislans og þekja skönnunarlínunnar o.s.frv. munu hafa veruleg áhrif á afhýðingarferlið.
Tegundir leysihreinsunartækni
1) Þurrhreinsun með leysigeisla: Þurrhreinsun með leysigeisla vísar til beinnar geislunar á vinnustykkið sem notað er til að hreinsa með púlsuðum leysigeisla, sem veldur því að mengunarefni á yfirborði eða undirlagi taka í sig orku og hækka hitastigið, sem leiðir til varmaþenslu eða titrings í undirlaginu og aðgreinir þar með þetta tvennt. Þessari aðferð má gróflega skipta í tvo flokka: annars vegar taka mengunarefni á yfirborðið í sig leysigeislaorku og þenjast út; hins vegar taka grunnurinn í sig leysigeislaorku og mynda varmaþenslu. Árið 1969 uppgötvuðu SM Bedair o.fl. að ýmsar yfirborðsmeðferðaraðferðir eins og hitameðferð, efnatæring og sandblásturshreinsun hafa allar sína galla. Á sama tíma getur mikil orkuþéttleiki eftir leysigeislafókus gert mögulegt að uppgufa yfirborð efnisins, sem gerir kleift að þrífa yfirborð efnisins án þess að skemma það. Með tilraunum kom í ljós að með því að nota ruby Q-rofinn leysigeisla með aflþéttleika upp á 30 MW/cm2 er hægt að hreinsa yfirborðsmengunarefni á kísilefni án þess að skemma undirlagið, og í fyrsta skipti var hægt að framkvæma þurrhreinsun á yfirborðsmengunarefnum með leysigeisla. Heildarhraðann má tákna með losunarhraða filmulagsbrota á eftirfarandi hátt:
Í formúlunni táknar ε orkuvísitölu leysipúlssins, h táknar þykktarvísitölu mengunarfilmulagsins og E táknar teygjanleikastuðul filmulagsins.
2) Blauthreinsun með leysigeisla: Áður en vinnustykkið sem á að hreinsa er útsett fyrir púlsleysigeisla er yfirborðsformuð vökvafilma sett á. Undir áhrifum leysigeislans hækkar hitastig vökvafilmunnar hratt og gufar upp. Við uppgufun myndast höggbylgja sem verkar á mengunaragnirnar og veldur því að þær losna frá undirlaginu. Þessi aðferð krefst þess að undirlagið og vökvafilman hvarfast ekki hvert við annað, sem takmarkar úrval af nothæfum efnum. Árið 1991 fjallaði K. Imen o.fl. um vandamálið með mengunarefnum í örsmáum stærðum á yfirborði hálfleiðaraþynna og málmefna eftir að hefðbundnar hreinsunaraðferðir voru notaðar og rannsakaði notkun á því að húða filmu á yfirborð undirlagsins sem getur tekið í sig leysigeislaorku á skilvirkan hátt. Í kjölfarið, með því að nota CO2 leysi, tók filman upp leysigeislann og hækkaði hratt í hitastigi og suðaði, sem myndaði sprengigufgufun sem fjarlægði mengunarefnin af yfirborði undirlagsins. Þessi hreinsunaraðferð er kölluð blauthreinsun með leysigeisla.
3) Hreinsun með plasmabylgjugeisla: Laserbylgjur myndast þegar leysirinn geislar loft og veldur því að kúlulaga plasmabylgja myndast. Höggbylgjan virkar á yfirborð vinnustykkisins sem á að hreinsa og losar orku til að fjarlægja mengunarefni. Leysirinn virkar ekki á undirlagið og veldur því ekki skemmdum á undirlaginu. Tæknin til að hreinsa plasmabylgjur með leysi getur nú hreinsað agnir með þvermál nokkurra tuga nanómetra og engar takmarkanir eru á bylgjulengd leysisins. Eðlisfræðilega meginreglu plasmahreinsunar má draga saman á eftirfarandi hátt: a) Leysigeislinn sem leysirinn gefur frá sér frásogast af mengunarlaginu á meðhöndluðu yfirborðinu. b) Mikil frásog myndar ört vaxandi plasma (mjög jónað óstöðugt gas) og myndar höggbylgju. c) Höggbylgjan veldur því að mengunarefnin sundrast og hverfa. d) Púlsbreidd ljóspúlsins verður að vera nógu stutt til að forðast uppsöfnun hita sem gæti skemmt meðhöndluðu yfirborðið. e) Tilraunir hafa sýnt að þegar oxíð eru á málmyfirborðinu myndast plasma á málmyfirborðinu. Plasma myndast aðeins þegar orkuþéttleikinn fer yfir þröskuldinn, sem fer eftir fjarlægðu mengunarlagi eða oxíðlagi. Þessi þröskuldsáhrif eru mjög mikilvæg fyrir árangursríka hreinsun og öryggi undirlagsefnisins er tryggt. Útlit plasmans hefur einnig annað þröskuld. Ef orkuþéttleikinn fer yfir þetta þröskuld mun undirlagsefnið skemmast. Til að framkvæma árangursríka hreinsun og tryggja öryggi undirlagsefnisins verður að stilla leysigeislabreyturnar eftir aðstæðum til að tryggja að orkuþéttleiki ljóspúlsins sé nákvæmlega á milli þessara tveggja þröskulda. Árið 2001 nýttu JM Lee o.fl. sérkennið að öflugir leysir framleiða plasmahöggbylgjur þegar þeir eru einbeittir og notuðu púlsleysir með orkuþéttleika 2,0 J/cm2 (mun hærra en skemmdarþröskuld kísillskífa) til að geisla samsíða kísillskífunni og hreinsuðu með góðum árangri 1 μm wolframagnir sem höfðu aðsogast á yfirborði kísillskífunnar. Þessi hreinsunaraðferð kallast leysigeislaplasmahöggbylgjuhreinsun og strangt til tekið er leysigeislaplasmahöggbylgjuhreinsun tegund af þurrleysigeislahreinsun. Upprunalega tilgangur þessara þriggja leysigeislahreinsunartækni var að hreinsa örsmáar agnir á yfirborði hálfleiðaraþynna. Segja má að leysigeislahreinsunartækni hafi komið fram með þróun hálfleiðaratækni. Hins vegar hefur leysigeislahreinsunartækni verið stöðugt notuð á öðrum sviðum, svo sem hreinsun á dekkjamótum, fjarlægingu á málningu á flugvélum og viðgerð á yfirborði gripa. Meðan á leysigeislun stendur er hægt að blása óvirku gasi á yfirborð undirlagsins. Þegar mengunarefnin eru afhýdd af yfirborðinu verða þau strax blásin af gasinu til að forðast endurmengun og oxun yfirborðsins.
Hinnnotkun leysihreinsunartækni
1) Á sviði hálfleiðara felur hreinsun á hálfleiðaraskífum og ljósleiðaraundirlögum í sér sama ferli, sem er að vinna hráefnin í þá lögun sem þarf með því að skera, mala o.s.frv. Í þessu ferli eru agnir af mengunarefnum bættar við, sem erfitt er að fjarlægja og valda alvarlegum endurteknum mengunarvandamálum. Mengunarefnin á yfirborði hálfleiðaraskífna geta haft áhrif á gæði prentunar á rafrásarplötum og þar með stytt líftíma hálfleiðaraflísanna. Mengunarefnin á yfirborði ljósleiðaraundirlaga geta haft áhrif á gæði ljóstækja og húðana og geta leitt til ójafnrar orkudreifingar og stytt líftíma þeirra. Þar sem leysigeislaþurrhreinsun er viðkvæm fyrir skemmdum á yfirborði undirlagsins er þessi hreinsunaraðferð minna notuð við hreinsun á hálfleiðaraskífum og ljósleiðaraundirlögum. Blauthreinsun með leysi og plasmahöggbylgjuhreinsun með leysi hafa farsælli notkun á þessu sviði. Xu Chuanyi o.fl. rannsökuðu útfellingu sérstaks segulmálningar á örsléttum ljósleiðaraundirlögum sem rafskautsfilmu og notuðu síðan púlsaðan leysi til hreinsunar. Hreinsunaráhrifin voru góð, þó að fjöldi óhreinindaagna á hverja flatarmálseiningu jókst, stærð og þekjusvæði óhreinindaagnanna minnkaði verulega. Þessi aðferð getur á áhrifaríkan hátt hreinsað örsmáar óhreinindaagnir á yfirborði afar sléttra ljósleiðaraundirlaga. Zhang Ping rannsakaði áhrif vinnufjarlægðar og leysigeislaorku á hreinsunaráhrif mengunarefna af mismunandi agnastærð í leysigeislaplasmahreinsunartækni. Tilraunaniðurstöður sýndu að fyrir pólýstýrenagnir á leiðandi glerundirlögum var besta vinnufjarlægðin fyrir orku upp á 240 mJ 1,90 mm. Þegar leysigeislaorkan jókst batnaði hreinsunaráhrifin verulega og stórar agnir voru auðveldari að þrífa.
2) Á sviði málmefna er hreinsun á yfirborði málmefna frábrugðin hreinsun á hálfleiðurum og ljósleiðaraundirlögum. Mengunarefnin sem þarf að hreinsa tilheyra makróskópískum flokki. Mengunarefnin á yfirborði málmefna eru aðallega oxíðlag (ryðlag), málningarlag, húðun og önnur viðhengi og má flokka þau í lífræn mengunarefni (eins og málningarlag, húðun) og ólífræn mengunarefni (eins og ryðlag). Hreinsun á yfirborðsmengunarefnum úr málmefnum er aðallega til að uppfylla kröfur síðari vinnslu eða notkunar, svo sem að fjarlægja um 10 μm af oxíðlagi af yfirborði títanblönduhluta fyrir suðu, fjarlægja upprunalega málningarhúðina á yfirborði húðarinnar við stórar viðgerðir á flugvélum til að auðvelda endursprautun og reglulega hreinsa gúmmíagnir sem festar eru við gúmmídekkmótið til að tryggja hreinleika yfirborðsins og gæði og líftíma mótsins. Skemmdarmörk málmefna eru hærri en leysigeislahreinsunarmörk yfirborðsmengunarefna þeirra. Með því að velja viðeigandi aflleysi er hægt að ná betri hreinsunaráhrifum. Þessi tækni hefur verið notuð á þroskaðri hátt á sumum sviðum. Wang Lihua o.fl. rannsakaði notkun leysigeislahreinsunartækni við meðhöndlun oxíðhúða á yfirborði áls og títanmálmblöndum. Niðurstöður rannsóknarinnar sýndu að notkun leysigeisla með orkuþéttleika upp á 5,1 J/cm2 gæti hreinsað oxíðlagið á yfirborði A5083-111H álmálmblöndu og viðhaldið góðum gæðum undirlagsins, og notkun púlsleysigeisla með meðalafli upp á 100 W í skönnunaraðferð gæti á áhrifaríkan hátt hreinsað oxíðlagið á yfirborði títanmálmblöndu og bætt hörku efnisyfirborðsins. Innlend fyrirtæki eins og Ruike Laser, Daqu Laser og Shenzhen Chuangxin hafa þróað leysigeislahreinsunarbúnað sem hefur verið mikið notaður til að hreinsa gúmmímót eins og dekk, ryðlög úr málmi og olíubletti á yfirborði íhluta.
3) Á sviði menningarminja er nauðsynlegt að þrífa málm- og steinminjar og pappírsyfirborð til að fjarlægja mengunarefni eins og óhreinindi og blekbletti sem birtast á yfirborði þeirra vegna langrar sögu þeirra. Þessi mengunarefni þarf að fjarlægja til að endurheimta minjarnar. Fyrir pappírsverk eins og kalligrafíu og málverk, ef þau eru geymd á rangan hátt, vex mygla á yfirborði þeirra og myndar bletti. Þessir blettir hafa alvarleg áhrif á upprunalegt útlit pappírsins, sérstaklega fyrir pappír með mikið menningarlegt eða sögulegt gildi, sem mun hafa áhrif á verðmæti hans og vernd. Zhao Ying o.fl. rannsökuðu hagkvæmni þess að nota útfjólubláan leysigeisla til að hreinsa myglubletti á pappírsskrollum. Tilraunaniðurstöður sýndu að notkun leysigeisla með orkuþéttleika 3,2 J/mm2 til að skanna einu sinni gæti fjarlægt þunna bletti, og tvisvar skönnun gæti fjarlægt blettina alveg. Hins vegar, ef leysigeislunin sem notuð er of mikil, mun það skemma pappírsskrolluna við að fjarlægja blettina. Zhang Xiaotong o.fl. tókst að endurheimta gullhúðaða bronsminjar með því að nota lóðrétta leysigeislunarvökvafilmuaðferð. Zhang Licheng o.fl. notuðu leysigeislahreinsunartækni við endurheimt málaðrar leirmyndar frá Han-veldinu. Yuan Xiaodong o.fl. rannsakaði áhrif leysigeislahreinsunartækni við hreinsun steinminja og bar saman skemmdir á sandsteinshlutanum fyrir og eftir hreinsun, sem og áhrif blekbletta, reykmengunar og málningarmengunar á hreinsun.
Niðurstaða: Leysihreinsunartækni er tiltölulega háþróuð tækni með víðtæka rannsóknar- og notkunarmöguleika á sviðum sem krefjast mikillar nákvæmni, svo sem flug- og geimferðaiðnaði, herbúnaði og rafeinda- og rafmagnsverkfræði. Eins og er hefur leysihreinsunartækni verið notuð með góðum árangri á sumum sviðum, þökk sé skilvirkni, umhverfisvænni og framúrskarandi hreinsunargetu. Notkunarsvið hennar eru smám saman að stækka. Þróun leysihreinsunartækni hefur ekki aðeins verið notuð á sviðum eins og málningarfjarlægingu og ryðfjarlægingu, heldur hafa einnig borist tilkynningar um notkun leysigeisla til að hreinsa oxíðlag á málmvírum á undanförnum árum. Útvíkkun núverandi notkunarsviða og þróun nýrra sviða eru grunnurinn að þróun leysihreinsunartækni. Rannsóknir og þróun nýs leysihreinsunarbúnaðar og þróun nýs leysihreinsunarbúnaðar munu sýna fram á mismunandi virkni. Í framtíðinni er einnig hægt að ná fram fullkomlega sjálfvirkri leysihreinsun með samstarfi við iðnaðarvélmenni. Þróunarþróun leysihreinsunartækni er sem hér segir:
(1) Að efla rannsóknir á kenningum um leysihreinsun til að leiðbeina beitingu leysihreinsunartækni. Eftir að hafa skoðað fjölda gagna hefur komið í ljós að ekkert þroskað fræðilegt kerfi styður leysihreinsunartækni og flestar rannsóknir byggjast á tilraunum. Að koma á fót kenningu um leysihreinsunarkerfi er grunnurinn að frekari þróun og þroska leysihreinsunartækni.
(2) Útvíkkun núverandi notkunarsviða og ný notkunarsvið. Leysihreinsunartækni hefur verið notuð með góðum árangri á sviðum eins og málningarfjarlægingu og ryðfjarlægingu, og á undanförnum árum hafa verið greint frá notkun leysigeisla til að hreinsa oxíðlag á málmvírum. Útvíkkun núverandi notkunarsviða og þróun nýrra sviða eru frjósamur jarðvegur fyrir þróun leysihreinsunartækni.
(3) Rannsóknir og þróun á nýjum leysigeislahreinsibúnaði. Þróun nýrra leysigeislahreinsibúnaða mun sýna fram á aðgreiningu. Önnur gerð er búnaður með ákveðna fjölhæfni sem nær yfir margvísleg notkunarsvið, svo sem að eitt tæki geti samtímis fjarlægt málningu og ryð. Hin gerðin er sérhæfður búnaður fyrir sérstakar þarfir, svo sem að hanna sérstaka festingar eða ljósleiðara til að ná fram virkni til að hreinsa mengunarefni í litlum rýmum. Með samstarfi við iðnaðarvélmenni er fullkomlega sjálfvirk leysigeislahreinsun einnig vinsæl notkunarstefna.
Birtingartími: 17. júlí 2025
