激光清洗技术是一种在过去十年中迅速发展的新型清洗方式，逐步替代了许多行业中的传统清洗方法。本文将介绍激光清洗的基本原理以及一些典型的应用案例，展现出这一“绿色”技术的广阔发展潜力。

激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相关性等优点，是普通光源无法比拟的。凭借强大的亮度，激光经过镜片聚焦后，可以在焦点附近达到数千万甚至数万度的高温。激光的高方向性使其能够有效进行长距离传输。单色激光具有单一的波长，有助于聚焦和波长选择。

从清洗机制的角度来看，激光清洗可分为两种类型。第一类是利用清洗基板（也称为母体）与表面附着物（如污垢）对特定波长激光的高吸收系数。为了实现清洁，绝大部分辐射到表面的激光能量会被附着物吸收、加热或蒸发，进而瞬间膨胀，并通过生成的蒸汽流将其驱离表面。这类激光的波长能量吸收量很小，能够确保基板不被损坏。对于这种激光清洗，选择合适的波长和激光能量控制是实现安全高效清洁的关键。

另一种类型则是依赖于激光能量的吸收系数，以清洗基板和表面附着物。此时，基板对于涂层加热产生的酸蒸气非常敏感，或者涂层加热后会释放有毒物质。此方法通常采用高功率和高重复率的脉冲激光冲击待清洗的表面，将部分光束转换为声波。当声波撞击坚硬表面时，最近的部分会与激光产生的入射声波发生轻微的爆炸，从而粉碎涂层并压成粉末，最后由真空泵将其清除，底部的基板不会受到损坏。

与传统的机械摩擦、化学腐蚀、液体强冲击及高频超声波等清洗方法相比，激光清洗展现出显著的优势。其效率高、速度快、成本低，且热负荷和机械负荷小，清洗过程无损伤。此外，产生的废物可以回收利用，不会污染环境；安全可靠，保障操作人员的健康；功能多样，可以去除不同厚度和成分的涂层；并且清洁过程易于实现自动化和远程操作。

激光清洗的方法主要有四种：第一种是激光干洗法，利用脉冲激光直接去除污垢；第二种是激光液膜法，通过在基体表面形成液膜，然后用激光辐射进行清洗；第三种是激光惰性气体法，激光辐射的同时将惰性气体吹向基体表面，当污物剥落时，气体会迅速将其带走，避免再次污染和氧化；第四种方法是激光去污后，配合非腐蚀性化学清洗，主要用于石材文物的清洁。通常使用的清洗方法以前三种为主。

激光清洗技术的应用领域中，历史悠久的高档石艺作品，如石雕等，成为最早使用此技术的对象。通过激光去除石材文物表面的污垢，具有独特优点，能够精确控制光束在复杂表面的运动，实现清洁而不对文物造成损害。

例如，在1992年9月，联合国教科文组织的世界文化遗产保护组织修复了享有盛誉的亚眠大教堂，以庆祝该组织成立20周年。亚眠大教堂西侧的圣母门上精美的大理石雕刻是其重要亮点。在为期一年的圣母玛利亚维修项目中，维修团队借助激光技术，使用激光束去除了覆盖在大理石雕刻上的厚重黑色污垢层，揭示了大理石表面的原本颜色，使得那些精致的雕刻重新闪耀动人。此外，英国英斯布伦蒂尔的石雕收藏在经过激光清洗后也展现了相似的效果。图1展示了14世纪中叶的圣斯蒂芬大教堂，文物保护工作者使用YAG激光和关节臂对其石雕进行清洁。通过电子显微镜观察激光清洗后的石雕表面发现，清洗后石材的结构未发生变化，表面光滑且没有受到损害。这与使用颗粒喷射法（喷砂法）清洗后的效果截然不同，因为后者在清洁过程中不可避免地对大理石表面结构造成损伤，特别是对已有的硫酸盐污垢层。电子显微镜的观察还表明，经过激光照射后，石雕表面下的岩石材料性质保持不变，不仅没有退化，也没有任何改变。如今，利用激光清洗高档石材如大理石上的污垢，已经成为一个新兴且具有前景的商业项目。

激光清洁不仅可以有效清洁石材，对于玻璃、金属、模具、牙齿、芯片、电极、磁头、磁盘以及多种微电子产品的清洁同样表现出色，并逐渐得到了应用。

### 四、激光清洁效率分析

为了确保产品品质，工业界定期采用激光清洗模具。以轮胎模具的激光清洗为例，说明了与脱机喷砂清洗和干冰清洗设备相比，激光清洗的经济效益。激光清洗技术具备清洁速度快、劳动强度低、无磨损以及对操作人员安全等显著优势。但设备的初期投资较高，通常在30万到60万美元之间。因此，工厂需要建立一个有效的投资回收计划。一个典型的JET激光系统工厂通常可以在18个月内收回投资。

潜在的好处包括缩短硫化停工时间、降低劳动力成本、减少模具磨损以及降低生产费用。例如，假设有8台硫化机（共16台模具），平均每天清洗一次，若每班清洗3台或9台硫化机（部分工厂清洗两次），那么从竞争对手的模具拆卸大约需要15小时的操作和10小时的停机时间。然而，若采用激光清洗模具，则仅需0.3小时的操作和3小时的停机时间，从而可以节省14小时的运行时间和7小时的停机时间。

假设模具车间进行10次清洗（5台友谊硫机），以及5次激光清洗，采用激光清洗将带来显著的效益：每天可节省70小时和35小时，年总节省时间可达22400小时和11200小时，工作日按320天计算。同时，还需考虑激光清洗设备的维护费用。设备每周维护30分钟，主要部件每4周维护60分钟，以清洁激光镜和清除过滤器上残留的沉积物。此外，应根据制造商的要求定期维护设备，激光系统需每6个月运行一次。与激光机架相似，大部分机械部件的使用寿命超过10年，部分激光部件在使用约3000小时后需要更换。在日常的预防和维护过程中，这些零件可以在现场更换。激光设备配备一年的保修服务，包括易损件更换和提供常用备件，最终的运行成本约为每小时4到8美元。所有设备上都安装了调制解调器，以便制造商提供远程服务。综合以上因素，激光清洗技术的经济效益非常显著。