深度解析硅橡胶制品模具激光清洗技术的发展历程与现状
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硅橡胶模具的现状及前景许文凯1143041173硅橡胶(港台地区称为砂胶)是一种用途十分广泛的模具专用材料。
硅橡胶具有其他任何一种模具材料不能比拟的优良性能和广泛用途( 1) 硅橡胶具有良好的仿真性、强度和极低的收缩率。
( 2) 模具制作方法简单易行, 可以在常温下固化。
硅橡胶模具具有很好的弹性, 对凸凹部分浇注成型后, 也可直接取出。
( 3) 硅橡胶模具能经受重复使用, 保持制件原型, 可小批量生产产品, 模具修改也很方便。
( 4) 模具中还可以加入金属镶件等零件, 制件成品还可以进行电镀和喷漆处理。
(5)不用任何脱模剂(聚醋树脂类制品可上千次顺利制模);4耐高温及各类酸、碱物质。
因此,硅橡胶在装饰建材、工艺美术、精密铸造,玻璃钢行业、石膏水泥制品以及水暖密封、聚氨脂硬发泡装饰品等凡需使用模具的行业都可以用硅橡胶制作模具。
硅橡胶模具的特点目前,制模用的硅橡胶是双组分的液体硅橡胶,分为缩合型和加成型两类.缩合型模具硅橡胶的主要组分包括:端基和部分侧基为羟基的聚硅氧烷(生胶) 、填料、交联剂和硫化促进剂.加成型模具硅橡胶的主要组分包括:端基和部分侧基为乙烯基的聚硅氧烷(生胶) 、含氢硅油(交联剂) 、铂触媒(催化剂) 、白炭黑(填料) .目前,这两种模具硅橡胶材料已在国内外许多行业获得了广泛应用. 一般来说,缩合型模具硅橡胶的撕裂强度较低,在模具制造与使用过程中易被撕破,因此很难适用于花纹深且形状复杂的模具. 在用缩合型模具胶制造厚模具的过程中,由于缩合交联过程中产生的乙醇等低分子物质难于完全排出,致使模具在受热时硅橡胶降解老化而显著影响其使用寿命;同时由于乙醇等低分子物质的排出致使硫化胶的体积收缩. 因此,缩合型模具硅橡胶大多用作塑料与人造革生产中的高频压花模具或用于一些尺寸要求不精密的工艺品制造[8~12].由于采用加成硫化体系,加成型模具硅橡胶在硫化时不产生低分子化合物,因而具有极低的线收缩率,胶料可以深部固化,而且物理性能、力学性能和耐热老化性能优异,成为了模具胶中正在大力发展的品种. 加成型模具硅橡胶适用于制造精密模具和铸造模具,而且模具制造工艺简单,不损伤原型,仿真性好[8~12].缩合型与加成型模具硅橡胶的具体比较列于表表2.表 1硅橡胶模具的传统制造方法与步骤(可参考崔怡)硅橡胶模具的传统制造方法与步骤简述如下[1 ,2 ,6~8]:(1)按照用户要求设计硫化母模,即原型的图纸.(2)根据图纸要求制作原型.(3)制作模框,并固定原型.(4)将液体硅橡胶两个组分按一定比例计量、混合、脱泡后,进行浇注. 浇注完毕,还需脱泡.(5)对于缩合型硅橡胶,在室温下硫化24 h(25 ℃)或更长时间(低于25 ℃) ;对于加成型硅橡胶,既可在室温下硫化24 h(25 ℃)或更长时间(低于25 ℃) ,也可以在60 ℃的烘箱中硫化2 h 左右.(6)在上述一段硫化后,拆取模框,刀剖分型.(7)再将硅橡胶模具置于恒温箱内,使其与原型相接触的模面向上,根据不同的模具厚度,在50~60 ℃的通风环境中“熟化”,即二段硫化2~5 h.原型设计与制造环节的局限性由于硅橡胶模具技术是利用原型作为样模而制造模具的,因而原型的设计和制造是重要的环节. 原型的形状、尺寸和表面粗糙度等将直接影响硅橡胶模具的制造质量. 可以说,设计并制造不出理想的原第型就不可能获得理想的硅橡胶模具.传统的原型设计一般不考虑制造因素的约束.为了满足硅橡胶模具的精度要求,采用经验数据对原型的尺寸进行补偿,而不是建立在科学分析的基础上,从而导致模具设计的一次成功率较低.传统的原型制造所用的原材料非常有限:若手工加工原型,其原材料常用木材、粘土等易于加工成型的非金属材料;若机械加工原型,其原材料常用易于加工的低熔点合金. 而且,原型的制造工艺与其几何形状直接相关,曲面越复杂,加工难度越大. 因此,机械加工原型存在生产周期长、成本高的缺点,手工加工原型存在生产周期长、精度低、互换性差的缺点.显然,这种原型的设计和制造模式不能满足当前激烈竞争的制造业需求.硅橡胶硫化环节的局限性硫化是硅橡胶模具制造的主要过程之一,也是最后一个加工工序. 在这个工序中,硅橡胶要经历一系列复杂的化学变化,由液体胶变为高弹性体,从而获得更完善的物理性能、力学性能和化学性能. 因此,硫化对于硅橡胶模具的制造和应用具有十分重要的意义.模具硅橡胶的硫化工艺条件包含温度和时间,这些因素对胶料的硫化质量有非常重要的影响,可称为硫化二要素.由表1 所示的硫化机理可知,缩合型硅橡胶在硫化过程中必然生成乙醇或水或氢气等低分子副产物,故其硫化过程通常分为一段硫化与二段硫化两个阶段. 如上所述,内含原型的室温下的硫化是一段硫化,又称定型硫化. 在这段硫化过程中,为了防止低分子副产物汽化膨胀而在模具内部或与原型的接触面上形成气泡、孔洞等缺陷,硫化须在室温下进行;为了使硅橡胶模具的形状在开模取出原型的过程中不发生塑性改变,硫化时间必须足够长. 低分子副产物对硅橡胶模具有不良影响,在一段硫化后,还需在较高温度下进行二段硫化,以充分去除残留在模具内的小分子副产物,从而显著改善模具的压缩永久变形性、稳定其物理力学性能、提高耐热性[1 ,2 ,6 ,8 ,12].低分子副产物在二段硫化过程中的去除遵循扩散机理. 由分子运动动力学原理可知,提高硫化温度可加速其扩散过程,往烘箱中鼓入足够量的新鲜空气也可加速其扩散过程. 但在传统的硅橡胶模具技术中,对于一个具体形状与尺寸的硅橡胶模具,其二段硫化的温度、时间、新鲜空气的鼓入速度的具体数值完全靠经验确定. 显然,这不符合当代制造业精益生产的要求.加成型硅橡胶在硫化过程中无低分子副产物生成,故其硫化过程既可一次完成,又可分为两个阶段而逐步完成. 传统的加成型硅橡胶模具制造技术普遍采用两段硫化法. 显然,基于经验数据的两段硫化法有利于提高整个硅橡胶模具的硫化程度的均匀性,从而保证模具的物理力学性能,改善其压缩永久变形性和尺寸稳定性,延长其使用寿命[7 ,8 ,12]. 但是,与一次硫化成型法相比,两段硫化法增加了一道生产工序,增大了能耗和设备使用率,从而提高了生产成本、延长了生产周期. 若采用一次硫化成型法,并要求硅橡胶模具内的每处胶料都达到正硫化状态而又不发生过硫缺陷,则传统的经验模式难以胜任.研究展望为了大大缩短模型和原型的开发周期,制造业已开始应用快速成形技术制造复杂形状的模型与部件原型. 在过去短短的十几年中,出现了多种快速成形技术. 这些快速成形技术能够根据CAD 数据模型直接生成物理实体,其共同特征是通过添加材料而不是去除材料来生成一个原型零件,从而使原型的生产成本降为传统方法的1/ 3~1/ 4 ,生产周期降为传统方法的1/ 4~1/ 5[13~15]. 因此,以快速原型作为硫化母模是硅橡胶模具技术的发展趋势之一.并行设计技术的主要思想是在产品的早期设计阶段就考虑制造因素的约束,并及时提供给设计人员,作为设计、修改方案的基本依据,在满足功能要求的前提下,使产品能够快速地、经济地制造,提高产品设计、制造的一次成功率,达到降低产品成本、缩短产品开发周期的目的[16]. 因此,应用并行设计技术开展基于快速原型的硅橡胶模具的计算机辅助设计研究将是硅橡胶模具技术的发展趋势之一.橡胶热硫化成型CAE 技术有助于指导胶料配方设计、提高制品质量、优化硫化工艺条件[17~19].因此,开展模具硅橡胶材料热硫化成型过程的数值模拟,进而采用正向模拟方法来控制硅橡胶材料的化学结构、定量预测硅橡胶模具的物理力学性能,或者采用反向模拟方法来优化硫化工艺条件、设计高聚物材料的配方等,也将是硅橡胶模具技术的发展趋势之一.由于模具硅橡胶有许多优良性能,其应用范围十分广泛。
激光清洗技术发展与应用深度解析世界上第1台激光器诞生于1960年由美国科学家西奥多哈罗德梅曼教授利用红宝石研发,从此开启了激光造福人类的大门。
在接下来的时间里应用于各种领域的激光器相继诞生。
激光技术的推广使得医疗、装备制造、精准测量和再制造工程等领域科技飞速发展加快了社会进步的步伐。
在清洗领域中激光的应用更是取得了重要成果。
与传统的清洗方法相比如机械摩擦、化学腐蚀和高频超声等激光清洗可以实现全自动化运行其具有工作效率高、成本低、对环境无污染、对基材无损伤和材料的适用范围广等优点完全符合绿色、环保的加工理念是目前最可靠、有效的清洗方式。
清洗是对废旧机械零部件检测和加工的前提采用激光清洗技术可以有效地控制基体表面形貌和表面粗糙度实现基材清洗后性能的提升也可应用于大型零部件制造、表面处理或者再制造领域。
虽然目前激光清洗还没有完全取代传统的清洗方式但随着国家对制造业节能、减排等环保意识的增强激光清洗将以它独特的优点逐渐走进人们的生活。
01激光清洗的原理在20世纪80年代中期,Beklemyshev、Allrn等科学家针对实际工作需要将激光技术与清洗技术结合起来并进行了相关研究自此激光清洗(Laser Cleanning)这一技术理念诞生.众所周知污染物与基体之间的结合力分为共价键、双偶极子、毛细作用以及范德华力等作用力如能将此作用力克服或破坏那么就会达到脱污的效果。
激光清洗是利用激光光束具有大的能量密度、方向可控和汇聚能力强等特性,使污染物与基体之间的结合力受到破坏或者使污染物直接气化等方式进行脱污,降低污染物与基体的结合强度,进而达到清洗工件表面的作用。
激光清洗原理图如图1所示。
当工件表面污染物吸收激光的能量后,其快速气化或瞬间受热膨胀后克服污染物与基体表面之间的作用力,由于受热能量升高,污染物粒子进行振动后而从基体表面脱落。
整个激光清洗过程大致分为4个阶段,即激光气化分解、激光剥离、污染物粒子热膨胀、基体表面振动和污染物脱离。
硅橡胶制品加工工艺优化研究硅橡胶制品被广泛应用于生产线、汽车、医疗、电子、建筑和家具等领域。
对于硅橡胶制品加工工艺的优化研究,一直是制品制造企业所关注的核心话题。
在本文中,将介绍硅橡胶制品加工工艺的优化研究现状、存在的问题以及优化策略。
一、硅橡胶制品加工工艺的现状硅橡胶制品加工工艺采用轮廓切割、模具成型、热压、注塑、粘接等加工工艺。
其中,轮廓切割和模具成型是硅橡胶制品加工的主要工艺。
硅橡胶制品的形状和尺寸非常多样,加工流程也各不相同。
在加工流程中,硅橡胶的硬度和弹性直接影响产品质量。
因此,如何合理选择硅橡胶的硬度以及硬度对加工工艺的影响是优化硅橡胶制品加工的关键。
二、硅橡胶制品加工工艺存在的问题1. 加工效率低下硅橡胶制品加工难度大,传统的加工方法耗时且效率低下。
在轮廓切割和模具成型中,切割和切割件的定位位置不一致,成品误差大,浪费成本。
2. 加工精度差硅橡胶制品表面的质量直接影响产品的外观效果以及性能。
传统的加工方法存在精度差、表面光洁度不高等问题。
3. 能耗高热压加工和注塑加工是硅橡胶制品加工中的主要工艺。
这两种加工方法都需要高温环境,因此能耗比较高。
三、优化硅橡胶制品加工工艺的策略1. 智能化加工智能化加工可以实现硅橡胶制品加工的自动化。
在轮廓切割和模具成型中,智能化加工可以通过机器人精准定位,避免人工误差,提高加工效率和精度。
此外,智能化加工还能自动调节硅橡胶的硬度,达到最佳的加工状态。
2. 现代化设备现代化设备和技术的引进可以改善硅橡胶制品加工的效率和精度。
例如,采用高压软管生产线可以将硅橡胶的成型效率提高20%左右;采用精密注塑机可以提高产品表面光洁度,降低产品的缺陷率。
3. 加工材料改进改善硅橡胶的加工硬度,提高其耐热性能,可以降低加工时能耗,提高加工效率。
加工材料的改进可以通过添加催化剂等措施,优化加工硅橡胶的硬度和粘度。
结论:优化硅橡胶制品加工工艺可以提高加工效率、提高产品质量、降低加工成本。
激光清洗的趋势分析论文激光清洗是一种高效且环保的表面清洁技术,近年来越来越受到关注和应用。
本文将对激光清洗的发展趋势进行分析,并探讨其在不同领域的应用前景。
首先,激光清洗技术在工业制造领域的应用越来越广泛。
随着制造业的发展,对产品质量和工艺的要求也越来越高。
激光清洗可以高效地去除零件表面的污染物和氧化层,保证产品的质量和表面光洁度。
同时,相比传统的清洗方法,激光清洗更加灵活,不会对材料造成损伤,可以在不拆卸零件的情况下进行清洗操作,因此受到制造业的青睐。
其次,激光清洗技术在文物修复保护领域的应用也逐渐增多。
文物修复保护是一项需要非常高的技术水平和细致耐心的工作,而激光清洗技术可以在保证文物不受到损伤的情况下,去除表面的污渍和沉积物,恢复文物的原貌。
相比传统的修复方法,激光清洗技术具有更高的精确性和可控性,可以有效地保护文物的材质和表面纹理。
此外,激光清洗技术在生物医学领域的应用也具有较大的潜力。
生物医学材料的清洗是一个非常重要的环节,直接关系到生物材料的生物相容性和安全性。
激光清洗技术可以对生物医学材料进行高效彻底的清洗,去除微小的杂质和有害物质,从而提高材料的生物相容性。
另外,激光清洗还可以应用于手术器械和医疗设备的清洁消毒,减少交叉感染的发生。
在环境保护方面,激光清洗技术也展示出了巨大的潜力。
传统的清洗方法通常需要使用化学品或大量的水资源,而激光清洗则可以实现零化学品和零水资源的使用,减少了对环境的污染。
此外,激光清洗还可以高效去除工业废气中的污染物,减少对大气环境的影响。
总结起来,激光清洗技术在工业制造、文物修复保护、生物医学和环境保护等领域都呈现出良好的应用前景。
随着技术的不断发展和创新,激光清洗技术将会在更多的领域得到应用,并为各行各业带来更高效、更环保的清洁解决方案。
激光清洗技术优势及前景分析导读:动力总成组件中的焊缝和粘合必须满足严格的质量标准。
要获得一流的性能,必须对接合面进行彻底清洁。
激光是高效的清洁工具,能够清除所有残留油脂的痕迹。
OFweek激光网讯:动力总成组件中的焊缝和粘合必须满足严格的质量标准。
要获得一流的性能,必须对接合面进行彻底清洁。
激光是高效的清洁工具,能够清除所有残留油脂的痕迹。
组件在制造过程中可能被使用的拉拔润滑剂或冷却润滑剂和防锈油所污染。
这些残留物通常无法看到,但却会严重降低后续高能接合或粘合过程的质量。
尤其是在汽车工业及其供应商高度自动化的制造环境中,组件质量和可靠性的标准一直在提高,现在表面污染物检测已成为生产过程中不可或缺的环节。
传统的清洁方法非常耗时,无法实现自动化,而且通常对环境造成有害影响。
同时,也没有测量清洁效果的可靠方法。
按照VDA19等标准和相应的ISO指引确立了统一检查汽车功能性组件微粒污染的程序。
最近,对液体污染的更多关注使激光清洁成为主角。
脉冲激光可使目标区域内的残留液体快速蒸发,效果可测量、可重复,且过程环保,能够实现自动化。
● 洁净度提高可靠性在大齿轮组件的生产中,激光焊接由于所需的能量较低,从而能减少变形,因此成为普遍的选择。
汽车动力总成中的大量组件都要满足严格的质量标准,它们采用不同的材料和合金制造,使用传统技术很难或根本不可能进行焊接。
● 强大的激光,更短的周期汽车制造商需要快速、自动化的方式来对表面残留物进行彻底清理,从而获得强大、无空隙和微裂纹的焊接和粘合。
激光清洁系统,尤其是使用脉冲固态激光器的激光清洁系统能满足所有的这些要求。
决定激光器选择的主要因素是所需的洁净度和清洁组件的周期时间。
● 快速、有效到达指定位置在高度自动化、大批量的生产流程中,时间非常关键。
与需要将整个组件浸入溶剂,或使用磨蚀剂或热冲击技术的传统清洁方法不同,激光清洁可在特定的功能表面(如焊缝和粘合,大小通常不超过几平方毫米)上进行。
激光清洗专利技术综述摘要:激光清洗具有很多传统清洗方式无法达到的优势,本文对激光清洗技术的专利情况进行了分析,得出了激光清洗的技术分支及其发展路线图。
同时,也对激光清洗专利技术的国内外状况进行了总体统计分析。
通过分析该领域专利,揭示了当前激光清洗理论和应用的发展状况。
然后,总结了激光清洗技术的关键技术手段以及技术效果。
关键词:激光清洁清洗专利分析技术路线技术功效引言激光清洗(Laser Cleaning)具有很多独特的优点,如清洗精度高、控制性好、与工作物质无接触等,在某些领域优越于传统的清洗技术。
同时,激光清洗可以解决传统清洗方法无法解决的问题,例如工件表面沾染的亚微米级污染颗粒,由于这些颗粒附着力极大,传统清洗方法不能够很好的将其去除。
从20世纪80年代诞生以来,激光清洗在理论模型研究和技术应用方面取得了令人瞩目的发展,受到了产业界相关研究人员的高度重视,建立开发出了一些激光清洗装置,有些已经应用于工业生产中,收到了良好的经济与社会效益[1]。
一、激光清洗技术起源20世纪80年代中期,IBM公司致力于研究电子束投影刻蚀技术(EBP),EBP技术的核心部件是用于电子束投影放大的掩模板,其精度和洁净度直接决定电子束在硅片表面形成的刻蚀线宽,由于附着在掩模板上的颗粒的附着力是相当惊人的,约是其自身重力的106倍,使得传统的清洗方法根本无法完成对微小颗粒的清除。
在这种情况下,研究人员尝试利用激光具有高能量、短脉冲的特点,将激光束照射到掩模表面,使微粒脱离掩模表面,这种利用激光来清洗物品的新式清洗方法称为激光清洗法。
当时有三个研究小组分别独立地发现了激光清除微粒的效果。
1987年在俄国,由Yu•N•Petrov领导的研究小组进行了有关激光清除表面微小颗粒的研究,并发表了文献。
1988年在德国,W•Zapka所领导的IBM研究小组申请了关于激光清洗方面的专利(EP0297506A),该专利1989年1月4日在欧洲专利局公布(优先权日为1987年7月2日,1998年5月20日被授予专利权),作为同族专利同时期在其他国家的专利申请有DE3721940A,JP1012526A,US4980536A等。
激光清洗机在模具清洗应用模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、锻炼、冲压等办法得到所需产品的各种模子和东西。
简而言之,模具是用来制造成型物品的东西。
模具的好坏直接影响到生产出轮胎的质量,由于模具在生产过程中会产生污染物表面,在一定时间内需要清理污染物,下面介绍激光清洗机在模具清洗应用。
模具是在高压、高温的条件下反复使用的,不可避免地受到橡胶、配合剂以及硫化过程中所使用的脱模剂的综合沉积污染(主要污染物是硫化物、无机氧化物、硅油、炭黑等),花纹、沟槽等处很容易积存橡胶和残留物,积累到一定程度时会影响轮胎的表面形状,从而使产品成为次品或废品,所以必须经常性地清洗模具以保证其表面的洁净度,才能保证轮胎的质量以及模具的寿命。
生产过程中轮胎模具的清洗必须迅速可靠,以节省停机的时间。
传统的清洗方法包括喷沙、超声波或二氧化碳清洗等,但这些方法通常必须在高热的模具经数小时冷却后,再移往清洗设备进行清洁,清洁所需的时间长,并容易损害模具的精度,化学溶剂及噪声还会产生安全和环保等问题。
利用激光清洗方式,可将光导至模具的死角或不易清除的部位进行清洗,因此使用方便;由于橡胶并无气化,因此不会产生有毒害的气体,影响工作环境的安全。
激光清洗轮胎模具的技术已经大量在欧美的轮胎工业中被采用。
传统的清洗方法往往是接触式清洗,对清洗物体表面有机械作用力,损伤物体的表面或者清洗的介质附着于被清洗物体的表面,无法去除,产生二次污染,激光清洗的无研磨和非接触性使这些问题迎刃而解。
激光清洗能够清除各种材料表面的各种类型的污染物,达到常规清洗无法达到的清洁度。
而且还可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清洗材料表面的污染物。
以上就是激光清洗机在模具清洗应用,激光清洗技术具有效率高、低成本、且对模具无损等显著优势,同时可以实现在线清洗作业,并对操作者有安全保证。
相对于传统清洗方法,利用激光清洗极大地提高了清洗质量和清洗效率,解决了传统清洗方法存在的问题,并完全能够满足轮胎清洗必须迅速可靠的要求。
激光清洗橡胶制品模具机理的研究的开题报告一、选题背景和意义随着近年来环保意识的增强和制造业的快速发展,激光清洗技术已经逐渐成为了清洗领域的热门技术之一。
与传统的清洗方式相比,激光清洗具有高效、无污染、无损伤、可定制化等优点,逐渐被应用于多个行业领域当中。
而橡胶制品作为一种广泛使用的材料,其制造过程中需要使用模具,而模具在使用过程中会出现粘附物、沉淀物等问题,传统的清洗方式难以彻底去除,且可能破坏模具表面质量,影响模具使用寿命。
因此,研究如何应用激光清洗技术解决橡胶制品模具的清洗问题,具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容和方法本文将以橡胶制品模具的清洗为研究对象,通过实验和理论分析,研究激光清洗对橡胶制品模具的清洗效果及机理。
具体内容包括:(1)橡胶制品模具表面的污染情况分析,了解清洗难点、清洗工艺和难度。
(2)搜集了解激光清洗在橡胶制品模具清洗领域的研究现状,并分析其存在的不足之处。
(3)实验设计,选取常用的激光清洗参数,如激光功率密度、清洗时间、扫描速度等,分析其对橡胶制品模具清洗效果和表面质量的影响。
(4)利用高精度表面测量仪器对清洗后的模具表面进行测试分析,定性、定量分析表面清洗效果。
(5)对实验结果进行统计分析,结合模具表面形貌和结构特征,探究激光清洗对橡胶制品模具清洗的机理。
三、研究预期成果(1)完成对橡胶制品模具表面的污染情况分析,掌握橡胶制品模具清洗的难点、清洗工艺和难度。
(2)梳理激光清洗在橡胶制品模具清洗领域的研究现状,发现其不足之处。
(3)探究不同激光清洗参数对橡胶制品模具清洗效果和表面质量的影响,建立清洗参数与清洗效果的相关性。
(4)定量分析清洗后的模具表面,并探究激光清洗对橡胶制品模具清洗的机理。
四、研究进度安排第一阶段(一个月):调研概述,完成文献综述,确定研究方向和方法。
第二阶段(两个月):实验设计,准备所需实验设备和材料,确定实验方案。
第三阶段(一个月):进行实验,获取所需数据和样品。
深度解析硅橡胶制品模具激光清洗技术的发展历程与现状
一、激光清洗技术的发展历程
激光是二十世纪自然科学的重大发明之一。
1960年世界上产生了第一台激光器。
随后,其相干性好、发敌角小、能量高度集中等特点的激光在各个领域都得到了广泛的应用,比如激光测距、激光加工、激光通讯等。
到了20世纪80年代,人们开始利用高能激光束照射在工件表面,使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离,高速有效地清除对象表面的附着物或者涂层,从而实现了清洁材料表面的工艺这就是激光清洗.此后十几年来,激光清洗已经从实验室内走向了实际应用,用于各种橡胶制品模具、硅胶制品模具去除油污、锈蚀,文物、微电子线路板等各种材料的清洗,并取得了很好的经济和社会效益。
20世纪80年代中期,为了满足工业生产上清除存储器模板上的微小颗粒的需要,激光清洗得到了广泛的注意和研究,并被正式地确认为一种行之有效的清洗方法,BM试图使用传统的清洗方法如机械清洗法、化学清洗法、超声波清洗法来除去模板上附着的亚微米量级的颗粒结果都不甚理想。
由于在模板上颗粒的吸附力(范德华力、静电力等)是相当惊人的,比如lμm 大小的颗粒,它在模板表面的吸附力大约是其重力的106倍,而机械清洗法无法完成对如此微小颗粒的清除,化学清洗又会导致模板的腐蚀及再污染,超声波清洗法需要将模板置于声波振动中心,这将导致模板的破裂。
激光清洗正是在这种情况下产生的,在这种情从此人们才开始对它进行系统的研究:它的出现极好地解决了模板表面的污染问题,而且随着激光清洗技术的发展,它在许多其它领域也取得了广泛的应用。
在20世纪80年代末,科学家发现,在基体表面覆盖一液体“辅助层”更有利于污染颗粒的清除.其中,水便是这样一种有效的辅助层.这种在待清洗物品的表面覆盖一厚度为毫米量级的液膜,再以激光进行照射来清除污染颗粒的方法,这也就是后来我们所说的蒸汽(湿式)激光清洗,较之干式激光清洗,蒸汽激光清洗具有更高的清洗效率。
直到90年代初期激光清洗才真正步入工业生产中,事实上,几乎同时在1987年,有三个研究小组分别独立地发现了激光清洗的效果.其中,Zapka所领导的研究小组获得了第一个关于
激光清洗方面的专利,并认识到了它在工业上的应用前景,另一个研究小组是德田的马普生物化学及物理研究所,科学家在硅模板上覆盖以尺寸为35nm的金颗粒,然后将氮分子激光器直接照射固体表而,结果成功地除去了表面的金颗粒,而同时硅模板毫无损伤,这表明了使用激光来清洗固体表面污染颗粒是可行的。
2001年,T.Fourrier及其合作者对不同形状、不同大小、不同材料的颗粒进行蒸汽激光清洗实验发现,对于不同的颗粒,当其尺寸属于几十到几百纳米范围内时,所需要的激光强度阈值是一样的.这种“广泛一致的阈值”为工业上使用蒸汽激光清洗来清除亚微米量级颗粒提供了更为有利的支持。
虽然激光清洗的发展是以清洗表面固体小颗粒为主线索的,但在其他方面应用的研究也相应地开展了,比如20世纪70年代经过研究和实验人们发现激光在清洗历史建筑和艺术品也存在着可行性。
1992年联合国教科文组织成功的利用激光清洗对英国亚斯敏大教堂实施了维修.欧洲一些国家也已经用激光清洗了Amiens大教堂(法国)、圣Stephan’s()大教堂(奥地利维也那)、无名烈士墓(波兰华沙)等。
激光在脱漆方面的应用也得到了研究人员的关注,美国Woodroffe等人在这方面开展了大量的工作;20世纪90年代德国、日本的研究人员分别为激光脱漆而研制了高功率TEA CO2激光器,并且使用它们做了一系列的实验。
而国内直到2005年才有研究人员发表采用大功率TEA CO2激光对飞机脱漆的论文。
各国科学家们还对轮胎模具、表面处理、空间垃圾等其他方面的应用进行了大量探索性的研究心取得了卓越的成果。
二、激光清洗技术的发展现状
跟其它一些清洗方法相比较,激光清洗是一个年轻的高新技术,在绝缘材料、磁头、半导体元件、银质文物、Si片、牙齿等方面的应用还处于实验室阶段,有关污垢和锈斑的去除机理还在不断探索与完善之中。
从国外的研究现状可知:激光清洗的去污范围非常广泛,从厚锈层到抛光表面微细颗粒都可以去除,涉及到机械工业、徽电子工业与艺术品的保护。
激光清洗实验所使用的设备种类多,
所用激光器钧波长范围广.但激光清洗技术的发展不平衡,有些已实现工业化,有的还处于实验室阶段:而且实验先于理论,有关污垢和锈斑的去除机理还在不断探索与完善之中,目前世界范围内,利用激光技术应用于硅橡胶制品模具清洗的公司只有德国大陆公司。
他们采用的是经验验证法(JET法)。
该公司在1998年宣布应用激光技术进行模具清洗,他们采用了一系列装置和辅助设施,试制出了JET激光模具清洗机。
该设备清洗效果虽然很好,但是体积大、造价高,一台设备在德国的售价在55~60万美元之间,不适合中国这一发展中国家的国情。
在我国,激光清洗技术近年来发展得也很快,不论是对激光清洗的工艺参数和清洗机理、清洗对象的研究还是应用方面的研究我国都取得了一定程度的进展.但是国内的神光清洗技术基本上是跟踪国外的发展,还处于完全的实验室阶段:在激光清洗技术的重要应用领域———像锈和清除颗粒方面的研究与开发几乎是空白,没有工业化的指导研究,也没有出现激光清洗橡胶制品模具的专用设备。
资料来源:东莞市鼎峰硅胶制品有限公司。