激光在石材清洗行業(yè)中的應(yīng)用方法
2011-02-27
一、激光石材清洗原理
激光具有高亮度，高方向性、高單色性和高相干性的特性，這是普通光源所無法比較的。應(yīng)用激光的高亮度，經(jīng)過透鏡聚焦后，能在焦點(diǎn)左近產(chǎn)生上千萬度以至上萬度的溫度。激光的高方向性使得激光能有效停止長(zhǎng)間隔傳輸。激光的單色性極高，波長(zhǎng)單一，有利于聚焦和波長(zhǎng)選擇。
激光清洗就其清洗機(jī)理而言，可分為兩大類：一類是應(yīng)用清潔基片（也稱為母體）與外表附著物（污物）對(duì)某一波長(zhǎng)激光能量，具有差異很大的吸收系數(shù)。輻射到外表的激光能量，大局部被外表附著物所吸收，使之受熱或氣化蒸發(fā)、或霎時(shí)收縮，并被外表構(gòu)成的蒸氣流帶動(dòng)脫離物體外表，到達(dá)清洗目的。而基片由于對(duì)該波長(zhǎng)的激光吸收能量極小，不會(huì)被損傷。對(duì)此類激光清洗，選擇適宜的波長(zhǎng)和控制好激光能量，是完成平安高效清洗的關(guān)鍵。另一類是適用于清潔基片與外表附著物的激光能量吸收系數(shù)差異不大，或基片對(duì)涂層受熱構(gòu)成的酸性蒸氣較敏感，或涂層受熱后會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)等狀況的清洗辦法。該類辦法通常是應(yīng)用高功率高反復(fù)率的脈沖激光沖擊被清洗的外表，使局部光束轉(zhuǎn)換成聲波。聲波擊中下層硬外表后，近回的局部與激光產(chǎn)生的入射聲波微小爆炸，涂層被粉碎、壓成粉末，再被真空泵肅清，而底下的基片不會(huì)損傷。
激光清洗與機(jī)械磨擦清洗、化學(xué)腐蝕清洗、液體固體強(qiáng)力沖擊清洗，高頻超聲清洗等傳統(tǒng)清洗辦法相比，有明顯的優(yōu)點(diǎn)。它高效、快捷、本錢低，對(duì)基片產(chǎn)生的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷小，清洗為非損傷；廢物可回收，無環(huán)境污染；平安牢靠，不損傷操作人員安康；多功用，能夠肅清各種不同厚度、不同成份的涂層；清潔過程易于完成自動(dòng)化控制，完成遠(yuǎn)間隔遙控清洗等。
二、激光清洗的辦法
從辦法上剖析，激光石材清洗辦法有4種：1、激光干洗法，即采用脈沖激光直接輻射去污；2、激光＋液膜辦法，即首先堆積一層液膜于基體外表，然后用激光輻射去污；3、激光＋惰性氣體的辦法，即在激光輻射的同時(shí)，用惰性氣體吹向基體外表，當(dāng)污物從外表剝離后會(huì)立刻被氣體吹離外表，以防止外表被再次污染和氧化；4、運(yùn)用激光使污垢松懈后，再用非腐蝕性化學(xué)辦法清洗。目前，常用的是前3種辦法。第4種辦法僅見于石質(zhì)文物的清洗中。
三、激光清洗的應(yīng)用
石雕和石刻等年代長(zhǎng)遠(yuǎn)的高檔石質(zhì)藝術(shù)品，由于其極精密和易損的外表構(gòu)造，成為激光清洗技術(shù)應(yīng)用最早的范疇。人們發(fā)現(xiàn)，用激光肅清石質(zhì)文物外表的污垢有其共同的優(yōu)勢(shì)，它可以非常清確地控制光束在復(fù)雜的外表上挪動(dòng)，肅清污垢而不損傷文物石材。例如，1992年9月，結(jié)合國(guó)教材文組織的世界文化遺產(chǎn)維護(hù)組織為留念該組織創(chuàng)立20周年，對(duì)非常著名的英國(guó)亞眠大教堂停止了維修，亞眠大教堂西側(cè)圣母門非常精巧的大理石雕琢是工程的關(guān)鍵。在為期一年的圣母門維修工程中，維修人員借助于激光，用激光光束除去了掩蓋在大理石雕琢花紋上幾毫米厚的黑色垢層，大理石外表原來的色澤表現(xiàn)出來，使精巧的雕琢重現(xiàn)光榮。又如，英國(guó)最重要的石雕珍藏處之一的英斯布倫蒂爾的石雕珍藏品經(jīng)激光清洗后，也得到同樣的效果。圖1為奧天時(shí)的文物維護(hù)工作者用帶有關(guān)節(jié)臂的YAG激光對(duì)14世紀(jì)中葉的St、Stephen大教堂上的石雕停止清洗。
人們用電子顯微鏡察看激光清洗后的石雕外表，發(fā)現(xiàn)激光清洗后石頭的構(gòu)造沒有變化，被清洗的外表既潤(rùn)滑又平整，沒有損傷。這跟用微粒子放射法（噴砂法）清洗后的外表完整不同。微粒子放射法清洗后大理石外表構(gòu)造的損傷是難以防止的，特別是對(duì)已有硫酸鹽垢層的大理石外表。電子顯微鏡的察看還發(fā)現(xiàn)，激光映照后，外表下巖石資料的各項(xiàng)性質(zhì)既無退化，也無改動(dòng)。目前，用激光清洗石灰后，大理石等高檔石質(zhì)資料外表污垢的工作已成為一項(xiàng)新的很有出路的業(yè)務(wù)項(xiàng)目。除了對(duì)石質(zhì)資料的清洗外，激光清洗在玻璃、石英、金屬、模具、牙齒、芯片、電極、磁頭、磁盤以及各種微電子產(chǎn)品的清洗中都有很好的效果，曾經(jīng)有了一定的應(yīng)用。
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