目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 清洗的概念及其意義 1
1.1.1 清洗的概念 1
1.1.2 清洗四要素 1
1.1.3 基底材料和污染物的種類 2
1.1.4 基底材料與污染物之間的作用力 2
1.2 常用的清洗技術(shù) 3
1.2.1 化學(xué)清洗技術(shù) 3
1.2.2 物理清洗技術(shù) 4
1.2.3 等離子體清洗技術(shù) 6
1.3 激光清洗簡介 7
1.3.1 激光清洗的概念 7
1.3.2 激光清洗的主要作用機(jī)制 8
1.3.3 激光清洗的特點(diǎn) 10
1.4 激光清洗設(shè)備 11
1.4.1 激光清洗中使用的激光器 12
1.4.2 激光清洗機(jī)的主要構(gòu)成 13
1.4.3 激光清洗作業(yè)流程 15
1.5 激光清洗的分類 16
1.5.1 干式激光清洗 17
1.5.2 濕式激光清洗 17
1.5.3 干式和濕式激光清洗的比較 18
1.5.4 間接激光清洗 18
1.6 激光清洗應(yīng)用簡介 19
1.6.1 微電子行業(yè)的激光清洗 19
1.6.2 交通行業(yè)的激光清洗 20
1.6.3 激光清洗模具 24
1.6.4 激光清洗文物 25
1.6.5 激光清洗在其他方面的應(yīng)用 29
參考文獻(xiàn) 31
第2章 激光清洗研究發(fā)展動態(tài) 38
2.1 激光清洗的起源 38
2.1.1 激光清洗的早期嘗試 38
2.1.2 激光清洗電子掩模版的早期研究 39
2.2 20世紀(jì)90年代激光清洗的研究 41
2.2.1 激光清洗電子元器件(硅、鍺等基底)上的污染物 41
2.2.2 激光清洗文物 45
2.2.3 激光清洗其他物質(zhì) 45
2.3 21世紀(jì)初激光清洗的研究 47
2.3.1 文物類物品的激光清洗 47
2.3.2 激光清洗半導(dǎo)體材料 54
2.3.3 激光除銹脫漆 56
2.3.4 其他清洗研究和應(yīng)用 58
2.4 近十余年激光清洗的研究 59
2.4.1 文物清洗 60
2.4.2 微粒清洗 61
2.4.3 激光除漆 63
2.4.4 銹蝕 67
2.4.5 其他材料和部件 69
2.5 激光清洗的監(jiān)控 72
2.5.1 線下監(jiān)測 73
2.5.2 在線實(shí)時(shí)監(jiān)測 76
2.5.3 激光清洗的智能控制 77
參考文獻(xiàn) 79
第3章 基底與污染物的附著力 96
3.1 基底材料與污染物之間的作用力 97
3.1.1 范德瓦耳斯力 97
3.1.2 毛細(xì)力 98
3.1.3 靜電力 98
3.1.4 黏附力與重力的比較 99
3.1.5 化學(xué)鍵 99
3.2 范德瓦耳斯力的哈馬克模型 100
3.2.1 哈馬克模型 100
3.2.2 卡斯米爾力 107
3.2.3 栗弗席茲理論與哈馬克常數(shù) 107
3.3 基底材料與污染物之間的赫茲接觸模型 109
3.3.1 赫茲接觸模型的假設(shè) 109
3.3.2 壓力作用下的接觸半徑和形變量 110
3.3.3 數(shù)值模擬 113
3.4 基底材料與污染物之間的JKR接觸模型 114
3.4.1 JKR接觸模型假設(shè) 114
3.4.2 系統(tǒng)的總能量 115
3.5 基底材料與污染物之間的DMT接觸模型 118
3.5.1 DMT接觸模型假設(shè) 118
3.5.2 法向壓力下的形變 119
3.6 三種接觸模型的討論 123
參考文獻(xiàn) 124
第4章 激光清洗機(jī)制 127
4.1 激光簡述 127
4.1.1 激光的特點(diǎn) 127
4.1.2 激光的基本參數(shù) 129
4.1.3 激光器的分類與舉例 132
4.2 激光清洗過程中的輻照效應(yīng) 137
4.2.1 材料對激光的反射和散射 137
4.2.2 材料對激光的選擇性吸收 139
4.2.3 激光清洗過程中的光熱力轉(zhuǎn)換 142
4.3 激光清洗機(jī)制研究概述 144
4.3.1 微粒的干式激光清洗 145
4.3.2 微粒的濕式激光清洗 147
4.3.3 連續(xù)污染物的干式激光清洗 148
4.3.4 激光清洗機(jī)制小結(jié) 149
4.4 激光清洗的主要機(jī)制 150
4.4.1 燒蝕機(jī)制 150
4.4.2 振動機(jī)制 151
4.4.3 等離子體沖擊波機(jī)制 153
4.4.4 微粒引起的近場效應(yīng) 155
4.4.5 濕式激光清洗機(jī)制 156
4.4.6 激光清洗多種機(jī)制協(xié)同作用 158
4.5 激光清洗中的溫度場分布 159
4.5.1 熱傳導(dǎo)方程與邊界條件 159
4.5.2 求解熱傳導(dǎo)方程得到激光清洗時(shí)的溫度場 160
4.6 激光清洗中的重要參數(shù)和指標(biāo) 162
4.6.1 激光清洗閾值和損傷閾值 162
4.6.2 清洗率 164
4.6.3 清洗效率 165
參考文獻(xiàn) 165
第5章 激光清洗微粒污染物 171
5.1 激光清洗微粒污染物的方法 171
5.1.1 清洗對象 172
5.1.2 激光清洗微粒的方法分類 172
5.2 激光清洗微粒機(jī)理和模型研究 174
5.3 干式激光清洗去除微粒的燒蝕模型 176
5.3.1 激光導(dǎo)致的溫度上升 176
5.3.2 污染物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn) 177
5.3.3 光分解作用 177
5.4 干式激光清洗的熱振動模型 178
5.4.1 微粒或基底吸收激光 178
5.4.2 微粒與基底同時(shí)強(qiáng)吸收激光時(shí)的耦合模型 181
5.5 干式激光清洗微粒時(shí)的影響因素 183
5.5.1 微粒與基底材料的影響 184
5.5.2 微粒的近場增強(qiáng)效應(yīng) 185
5.5.3 激光入射角度的影響 188
5.5.4 環(huán)境因素對激光清洗的影響 191
5.6 激光等離子體沖擊波清洗去除微粒 193
5.6.1 干式激光清洗中的沖擊波效應(yīng) 193
5.6.2 濕式激光清洗中的沖擊波效應(yīng) 194
5.6.3 激光等離子體沖擊波清洗原理 195
5.6.4 影響激光等離子體沖擊波清洗微粒的主要因素 203
5.7 濕式激光清洗去除微粒物理模型 209
5.7.1 濕式激光清洗的三種情形 209
5.7.2 濕式激光清洗中的模型建立 212
5.7.3 濕式激光清洗去除微粒的機(jī)理研究 215
參考文獻(xiàn) 220
第6章 激光清洗金屬表面涂層 225
6.1 涂裝和清洗 225
6.1.1 涂料 226
6.1.2 涂裝 226
6.1.3 涂料的清洗 227
6.2 激光除漆及其機(jī)制研究概述 227
6.2.1 激光除漆研究簡述 227
6.2.2 激光除漆機(jī)制研究 228
6.3 激光除漆原理 230
6.3.1 油漆與基底的黏附力 231
6.3.2 激光除漆時(shí)的清洗力 231
6.4 調(diào)Q脈沖激光除漆的熱應(yīng)力模型 232
6.4.1 納秒激光除漆的一維溫度模型 232
6.4.2 激光除漆模型及閾值計(jì)算 235
6.4.3 金屬基底上脈沖激光除漆實(shí)驗(yàn)研究 238
6.4.4 短脈沖激光除漆的模擬計(jì)算 242
6.4.5 短脈沖激光除漆理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較 245
6.5 干式脈沖激光除漆雙層熱彈性振動模型 246
6.5.1 模型建立時(shí)的合理假設(shè) 246
6.5.2 溫度分布模型 247
6.5.3 熱彈性振動模型 249
6.5.4 干式激光除漆模擬結(jié)果 254
6.5.5 基底與油漆對激光除漆的影響 261
6.5.6 長激光脈沖清洗時(shí)的燒蝕機(jī)制 263
6.5.7 干式激光清洗中選擇激光參數(shù)的基本原則 265
6.6 干式激光除漆的三層吸收清洗模型 265
6.6.1 模型簡介 266
6.6.2 三層吸收清洗模型的理論分析 267
6.6.3 三層吸收清洗模型激光除漆過程分析 271
6.7 掃描搭接量對除漆效果的影響 274
6.7.1 搭接量的計(jì)算 274
6.7.2 搭接量與清洗效果 275
參考文獻(xiàn) 276
第7章 激光清洗碳纖維復(fù)合材料表面涂層 280
7.1 碳纖維復(fù)合材料 280
7.2 CFRP表面涂層激光清洗研究進(jìn)展和機(jī)制研究 281
7.2.1 CFRP表面涂層激光清洗研究進(jìn)展 282
7.2.2 復(fù)合材料表面激光作用的機(jī)理和模型研究進(jìn)展 282
7.3 CFRP的干式激光清洗模型 283
7.3.1 CFRP樣品 283
7.3.2 激光清洗實(shí)驗(yàn) 285
7.3.3 CFRP表面激光清洗的物理模型 287
7.3.4 數(shù)值模擬結(jié)果 288
7.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模型的對比分析 290
7.4 激光選擇性干式清洗CFRP表面涂層的物理模型 293
7.4.1 有限元模型 293
7.4.2 單脈沖激光作用后的溫度分布 294
7.4.3 多脈沖連續(xù)掃描的影響 296
7.4.4 結(jié)論 300
7.5 CFRP的間接激光清洗模型 301
7.5.1 間接激光清洗技術(shù)介紹 301
7.5.2 間接激光清洗的數(shù)值模擬 302
7.5.3 間接激光除漆實(shí)驗(yàn) 305
7.5.4 間接激光除漆的溫度監(jiān)控 309
7.5.5 間接激光除漆的優(yōu)缺點(diǎn)分析 310
參考文獻(xiàn) 310
第8章 激光清洗金屬表面銹蝕 313
8.1 鐵銹的產(chǎn)生 314
8.1.1 鐵銹的種類和形成 314
8.1.2 鐵在空氣中的電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)式 318
8.1.3 鐵銹的去除 319
8.2 激光除銹及其機(jī)制研究概述 321
8.2.1 激光除銹研究 322
8.2.2 激光除銹機(jī)制研究 323
8.3 激光除銹機(jī)制 324
8.3.1 燒蝕機(jī)制 324
8.3.2 熱應(yīng)力機(jī)制 325
8.3.3 膜層屈曲 327
8.3.4 相爆炸 328
8.4 激光去除浮銹的雙層模型 328
8.4.1 激光除銹實(shí)驗(yàn) 329
8.4.2 激光去除浮銹的雙層模型理論分析 332
8.4.3 激光除銹模擬結(jié)果與分析 334
8.5 激光除銹的多層模型 336
8.5.1 多層激光除銹模型的建立 336
8.5.2 第一、二層的去除機(jī)制 337
8.5.3 近基底層銹蝕的激光清洗機(jī)制 339
8.5.4 激光清洗銹蝕多層模型小結(jié) 342
8.6 激光清洗與鈍化 342
8.6.1 激光清洗與鈍化模型計(jì)算 343
8.6.2 除銹且實(shí)現(xiàn)鈍化的實(shí)驗(yàn) 343
8.6.3 激光清洗后的黃化與黑化 344
參考文獻(xiàn) 346
第9章 激光清洗中的激光技術(shù) 351
9.1 激光清洗中的關(guān)鍵技術(shù)概述 351
9.2 常用激光技術(shù) 354
9.2.1 激光振蕩技術(shù) 354
9.2.2 激光選模技術(shù) 355
9.2.3 激光放大技術(shù) 356
9.2.4 激光調(diào)Q技術(shù) 358
9.2.5 激光鎖模技術(shù) 360
9.2.6 激光變頻技術(shù) 362
9.3 激光束傳輸技術(shù) 362
9.3.1 自由空間傳光 363
9.3.2 導(dǎo)光臂傳光 363
9.3.3 光纖傳光 364
9.4 激光束整形技術(shù) 369
9.4.1 高斯光束的聚焦 370
9.4.2 高斯光束的準(zhǔn)直 376
9.4.3 激光光斑的平頂化 378
9.5 激光掃描技術(shù) 381
9.5.1 掃描振鏡系統(tǒng)概述 382
9.5.2 二維掃描振鏡工作原理 383
9.5.3 振鏡驅(qū)動系統(tǒng) 385
9.6 清洗輸出終端 386
參考文獻(xiàn) 387
第10章 激光清洗中的監(jiān)控技術(shù) 389
10.1 激光清洗機(jī)運(yùn)行監(jiān)控技術(shù) 389
10.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)的分類和功能 389
10.1.2 激光器運(yùn)行監(jiān)控 390
10.1.3 設(shè)備安全監(jiān)控 393
10.1.4 清洗過程的監(jiān)控 394
10.2 激光清洗效果和清洗進(jìn)程的監(jiān)控技術(shù) 395
10.2.1 形貌觀測技術(shù) 397
10.2.2 光譜技術(shù) 403
10.2.3 聲波技術(shù) 414
10.2.4 飛行時(shí)間測量技術(shù) 418
10.2.5 元素或成分分析技術(shù) 419
10.2.6 其他監(jiān)測技術(shù)以及多種技術(shù)聯(lián)合監(jiān)測 421
10.3 激光清洗涉及的其他技術(shù) 422
10.3.1 冷卻技術(shù) 422
10.3.2 回收技術(shù) 423
參考文獻(xiàn) 424