Современная и экологически безопасная технология для промышленности

Лазерного излучения в естественной природе не существует, оно создается только специально сконструированным оборудованием, которое называется лазерами (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе означает «усиление света в результате вынужденного излучения»). Лазеры – это генераторы вынужденного электромагнитного излучения, то есть, фотонов с длинной волны чаще всего в диапазоне от 100 нм до 1 мм.

Лазерное излучение значительно отличается физическими свойствами от ультрафиолетового, инфракрасного и видимого излучения.
Фотон – это квант электромагнитного излучения с массой покоя равной 0 (< 10-48g), он двигается со скоростью света c, имеет энергию E = hv (где h – постоянная
Планка, v – частота электромагнитного излучения). Он является бозоном, не имеющим магнитного момента и электрического заряда.

В 1960 году американский физик Теодор Майман и его команда создали первый рубиновый лазер. Это стало началом динамичного развития лазеров и связанных с ними технологий в промышленности (например, резка или сварка), телекоммуникации, науке, а также оборонной сфере.

Принцип работы лазера основывается на вынужденном излучении квантов в активной среде (которая также называется оптически активной средой или оптически активным веществом). Действие лазера основывается на возбуждении активной среды, a затем освобождении энергии в виде когерентного излучения. Лазерное излучение характеризируется высокой степенью когерентности, монохроматичности и направленности, a угол расходимости луча обычно не превышает нескольких миллирадиан. Кроме возможности фокусирования всей энергии излучения лазера в исключительно небольшой точке и небольшом телесном угле, этот эффект можно получить относительно быстро. Луч лазера имеет строго определенную поляризацию. Лазер генерирует обычно одну или несколько длинных волн в определенном диапазоне мощности, предназначенном для конкретного применения.

Что такое лазерная абляция?
Во время исследовательских работм по изучению воздействия лазерного излучения на различные материалы, проводимых в 70-х годах XX века, было отмечено явление, которое сегодня называют лазерной абляцией. Традиционные методы очистки, например, водой под высоким давлением с добавлением различного вида абразивов или химическими смывками ЛКМ, а также обработка металлическими щетками, удаляют загрязнения механическим способом.

Другими методами, которые часто применяются в производственных процессах, является удаление загрязнений химическими способами (например, травление), а также с помощью ультразвука. Под лазерной абляцией мы по-
нимаем испарение поверхностного слоя различного типа материалов: металлов, керамики, пластмасс и других. Процесс абляции происходит во время лазерного импульса, когда наступает воздействие на материал основания лазерного излучения (поглощение и рассеивание) с выбросом материала (в виде пара и жидкости).

В результате облучения поверхности импульсом лазерного излучения соответствующей плотности мощности, протекают такие явления, как поглощение излучения, тепловые эффекты или фотохимические явления. Желательно, чтобы материал подложки имел небольшой коэффициент отражения излучения, так как в противном случае для абляции поверхности требуется применение лазерных лучей большой мощности и небольшая глубина абсорбции лазерного излучения

Процесс абляции материала можно разделить на несколько этапов:
● накопление энергии до достижения порогового значения, необходимого для процесса абляции;
● испарение поверхностного слоя подложки может происходить термическим (пиролитическим) или фотолитическим способом;
● формирование плазменного облака, состоящего из частиц вещества, электронов/ионов, а также продуктов реакции;
● поглощение и рассеивание лазерного импульса излучения облаком плазмы;
● генерирование звуковой волны (в глубину подложки) после отражения от границы фаз может приводить к увеличению количества продуктов реакции. Толщина испаренного поверхностного слоя (глубина абляции) зависит от:
● характеристик материала: оптических – глубины поглощения лазерного излучения; термических – коэффициента теплопроводности, термической диффузии и теплоты испарения;
● характеристик лазерного луча: длинна волны излучения лазера (существует сильная зависимость коэффициента поглощения материала от длинны волн), плотности энергии и продолжительности лазерного импульса.
 

M. Марцинковский

“Профессиональная покраска” № 3 (82) 2017