激光清洗是利用激光为清洗工具，通过光与物质之间的作用，将材料表面附着的污染物清除掉的一种方法，具有绿色环保、安全可控等特点。本书介绍了激光清洗的原理和技术。全书共十章，介绍了激光清洗的基本概念、激光清洗的发展动态，并综合阐述了各分支技术的特点、激光清洗的一般机制和激光清洗的物理模型。详细叙述了微粒、金属和复合材料上连续污染物的清洗原理和模型，最后介绍了激光清洗中的技术，包括激光技术、光束传输整形技术、干式与湿式清洗技术、监测与控制技术等。

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1995.11-1997.11南开大学物理系博士后。凝聚态物理专业，从事全固态激光器、固体发光研究 1992.9-1995.10天津大学精密仪器系，光学仪器专业，工学博士 1989.9-1992.8中国科技大学物理系/中国科学院安徽光机所，光学专业，理学硕士 1985.9-1989.7合肥工业大学应用物理系，应用物理专业（光电子技术方向），工学学士主持科研课题约30项，包括科技部国际合作重点项目、国家自然科学重点基金及面上项目。中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会常务理事，天津市激光技术学会副理事长，天津市物理学会常务理事兼秘书长，"固体激光技术"国家级重点实验室学术委员会委员，国家自然科学基金委员会信息科学部专家咨询委员会学术秘书。

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 清洗的概念及其意义 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种类 2
1.1.4 基底材料与污染物之间的作用力 2
1.2 常用的清洗技术 3
1.2.1 化学清洗技术 3
1.2.2 物理清洗技术 4
1.2.3 等离子体清洗技术 6
1.3 激光清洗简介 7
1.3.1 激光清洗的概念 7
1.3.2 激光清洗的主要作用机制 8
1.3.3 激光清洗的特点 10
1.4 激光清洗设备 11
1.4.1 激光清洗中使用的激光器 12
1.4.2 激光清洗机的主要构成 13
1.4.3 激光清洗作业流程 15
1.5 激光清洗的分类 16
1.5.1 干式激光清洗 17
1.5.2 湿式激光清洗 17
1.5.3 干式和湿式激光清洗的比较 18
1.5.4 间接激光清洗 18
1.6 激光清洗应用简介 19
1.6.1 微电子行业的激光清洗 19
1.6.2 交通行业的激光清洗 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应用 29
参考文献 31
第2章 激光清洗研究发展动态 38
2.1 激光清洗的起源 38
2.1.1 激光清洗的早期尝试 38
2.1.2 激光清洗电子掩模版的早期研究 39
2.2 20世纪90年代激光清洗的研究 41
2.2.1 激光清洗电子元器件(硅、锗等基底)上的污染物 41
2.2.2 激光清洗文物 45
2.2.3 激光清洗其他物质 45
2.3 21世纪初激光清洗的研究 47
2.3.1 文物类物品的激光清洗 47
2.3.2 激光清洗半导体材料 54
2.3.3 激光除锈脱漆 56
2.3.4 其他清洗研究和应用 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 锈蚀 67
2.4.5 其他材料和部件 69
2.5 激光清洗的监控 72
2.5.1 线下监测 73
2.5.2 在线实时监测 76
2.5.3 激光清洗的智能控制 77
参考文献 79
第3章 基底与污染物的附着力 96
3.1 基底材料与污染物之间的作用力 97
3.1.1 范德瓦耳斯力 97
3.1.2 毛细力 98
3.1.3 静电力 98
3.1.4 黏附力与重力的比较 99
3.1.5 化学键 99
3.2 范德瓦耳斯力的哈马克模型 100
3.2.1 哈马克模型 100
3.2.2 卡斯米尔力 107
3.2.3 栗弗席兹理论与哈马克常数 107
3.3 基底材料与污染物之间的赫兹接触模型 109
3.3.1 赫兹接触模型的假设 109
3.3.2 压力作用下的接触半径和形变量 110
3.3.3 数值模拟 113
3.4 基底材料与污染物之间的JKR接触模型 114
3.4.1 JKR接触模型假设 114
3.4.2 系统的总能量 115
3.5 基底材料与污染物之间的DMT接触模型 118
3.5.1 DMT接触模型假设 118
3.5.2 法向压力下的形变 119
3.6 三种接触模型的讨论 123
参考文献 124
第4章 激光清洗机制 127
4.1 激光简述 127
4.1.1 激光的特点 127
4.1.2 激光的基本参数 129
4.1.3 激光器的分类与举例 132
4.2 激光清洗过程中的辐照效应 137
4.2.1 材料对激光的反射和散射 137
4.2.2 材料对激光的选择性吸收 139
4.2.3 激光清洗过程中的光热力转换 142
4.3 激光清洗机制研究概述 144
4.3.1 微粒的干式激光清洗 145
4.3.2 微粒的湿式激光清洗 147
4.3.3 连续污染物的干式激光清洗 148
4.3.4 激光清洗机制小结 149
4.4 激光清洗的主要机制 150
4.4.1 烧蚀机制 150
4.4.2 振动机制 151
4.4.3 等离子体冲击波机制 153
4.4.4 微粒引起的近场效应 155
4.4.5 湿式激光清洗机制 156
4.4.6 激光清洗多种机制协同作用 158
4.5 激光清洗中的温度场分布 159
4.5.1 热传导方程与边界条件 159
4.5.2 求解热传导方程得到激光清洗时的温度场 160
4.6 激光清洗中的重要参数和指标 162
4.6.1 激光清洗阈值和损伤阈值 162
4.6.2 清洗率 164
4.6.3 清洗效率 165
参考文献 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 清洗对象 172
5.1.2 激光清洗微粒的方法分类 172
5.2 激光清洗微粒机理和模型研究 174
5.3 干式激光清洗去除微粒的烧蚀模型 176
5.3.1 激光导致的温度上升 176
5.3.2 污染物的熔点、沸点 177
5.3.3 光分解作用 177
5.4 干式激光清洗的热振动模型 178
5.4.1 微粒或基底吸收激光 178
5.4.2 微粒与基底同时强吸收激光时的耦合模型 181
5.5 干式激光清洗微粒时的影响因素 183
5.5.1 微粒与基底材料的影响 184
5.5.2 微粒的近场增强效应 185
5.5.3 激光入射角度的影响 188
5.5.4 环境因素对激光清洗的影响 191
5.6 激光等离子体冲击波清洗去除微粒 193
5.6.1 干式激光清洗中的冲击波效应 193
5.6.2 湿式激光清洗中的冲击波效应 194
5.6.3 激光等离子体冲击波清洗原理 195
5.6.4 影响激光等离子体冲击波清洗微粒的主要因素 203
5.7 湿式激光清洗去除微粒物理模型 209
5.7.1 湿式激光清洗的三种情形 209
5.7.2 湿式激光清洗中的模型建立 212
5.7.3 湿式激光清洗去除微粒的机理研究 215
参考文献 220
第6章 激光清洗金属表面涂层 225
6.1 涂装和清洗 225
6.1.1 涂料 226
6.1.2 涂装 226
6.1.3 涂料的清洗 227
6.2 激光除漆及其机制研究概述 227
6.2.1 激光除漆研究简述 227
6.2.2 激光除漆机制研究 228
6.3 激光除漆原理 230
6.3.1 油漆与基底的黏附力 231
6.3.2 激光除漆时的清洗力 231
6.4 调Q脉冲激光除漆的热应力模型 232
6.4.1 纳秒激光除漆的一维温度模型 232
6.4.2 激光除漆模型及阈值计算 235
6.4.3 金属基底上脉冲激光除漆实验研究 238
6.4.4 短脉冲激光除漆的模拟计算 242
6.4.5 短脉冲激光除漆理论与实验结果比较 245
6.5 干式脉冲激光除漆双层热弹性振动模型 246
6.5.1 模型建立时的合理假设 246
6.5.2 温度分布模型 247
6.5.3 热弹性振动模型 249
6.5.4 干式激光除漆模拟结果 254
6.5.5 基底与油漆对激光除漆的影响 261
6.5.6 长激光脉冲清洗时的烧蚀机制 263
6.5.7 干式激光清洗中选择激光参数的基本原则 265
6.6 干式激光除漆的三层吸收清洗模型 265
6.6.1 模型简介 266
6.6.2 三层吸收清洗模型的理论分析 267
6.6.3 三层吸收清洗模型激光除漆过程分析 271
6.7 扫描搭接量对除漆效果的影响 274
6.7.1 搭接量的计算 274
6.7.2 搭接量与清洗效果 275
参考文献 276
第7章 激光清洗碳纤维复合材料表面涂层 280
7.1 碳纤维复合材料 280
7.2 CFRP表面涂层激光清洗研究进展和机制研究 281
7.2.1 CFRP表面涂层激光清洗研究进展 282
7.2.2 复合材料表面激光作用的机理和模型研究进展 282
7.3 CFRP的干式激光清洗模型 283
7.3.1 CFRP样品 283
7.3.2 激光清洗实验 285
7.3.3 CFRP表面激光清洗的物理模型 287
7.3.4 数值模拟结果 288
7.3.5 实验结果与理论模型的对比分析 290
7.4 激光选择性干式清洗CFRP表面涂层的物理模型 293
7.4.1 有限元模型 293
7.4.2 单脉冲激光作用后的温度分布 294
7.4.3 多脉冲连续扫描的影响 296
7.4.4 结论 300
7.5 CFRP的间接激光清洗模型 301
7.5.1 间接激光清洗技术介绍 301
7.5.2 间接激光清洗的数值模拟 302
7.5.3 间接激光除漆实验 305
7.5.4 间接激光除漆的温度监控 309
7.5.5 间接激光除漆的优缺点分析 310
参考文献 310
第8章 激光清洗金属表面锈蚀 313
8.1 铁锈的产生 314
8.1.1 铁锈的种类和形成 314
8.1.2 铁在空气中的电化学反应和化学反应式 318
8.1.3 铁锈的去除 319
8.2 激光除锈及其机制研究概述 321
8.2.1 激光除锈研究 322
8.2.2 激光除锈机制研究 323
8.3 激光除锈机制 324
8.3.1 烧蚀机制 324
8.3.2 热应力机制 325
8.3.3 膜层屈曲 327
8.3.4 相爆炸 328
8.4 激光去除浮锈的双层模型 328
8.4.1 激光除锈实验 329
8.4.2 激光去除浮锈的双层模型理论分析 332
8.4.3 激光除锈模拟结果与分析 334
8.5 激光除锈的多层模型 336
8.5.1 多层激光除锈模型的建立 336
8.5.2 第一、二层的去除机制 337
8.5.3 近基底层锈蚀的激光清洗机制 339
8.5.4 激光清洗锈蚀多层模型小结 342
8.6 激光清洗与钝化 342
8.6.1 激光清洗与钝化模型计算 343
8.6.2 除锈且实现钝化的实验 343
8.6.3 激光清洗后的黄化与黑化 344
参考文献 346
第9章 激光清洗中的激光技术 351
9.1 激光清洗中的关键技术概述 351
9.2 常用激光技术 354
9.2.1 激光振荡技术 354
9.2.2 激光选模技术 355
9.2.3 激光放大技术 356
9.2.4 激光调Q技术 358
9.2.5 激光锁模技术 360
9.2.6 激光变频技术 362
9.3 激光束传输技术 362
9.3.1 自由空间传光 363
9.3.2 导光臂传光 363
9.3.3 光纤传光 364
9.4 激光束整形技术 369
9.4.1 高斯光束的聚焦 370
9.4.2 高斯光束的准直 376
9.4.3 激光光斑的平顶化 378
9.5 激光扫描技术 381
9.5.1 扫描振镜系统概述 382
9.5.2 二维扫描振镜工作原理 383
9.5.3 振镜驱动系统 385
9.6 清洗输出终端 386
参考文献 387
第10章 激光清洗中的监控技术 389
10.1 激光清洗机运行监控技术 389
10.1.1 监控系统的分类和功能 389
10.1.2 激光器运行监控 390
10.1.3 设备安全监控 393
10.1.4 清洗过程的监控 394
10.2 激光清洗效果和清洗进程的监控技术 395
10.2.1 形貌观测技术 397
10.2.2 光谱技术 403
10.2.3 声波技术 414
10.2.4 飞行时间测量技术 418
10.2.5 元素或成分分析技术 419
10.2.6 其他监测技术以及多种技术联合监测 421
10.3 激光清洗涉及的其他技术 422
10.3.1 冷却技术 422
10.3.2 回收技术 423
参考文献 424