激光清洗--石質材料表面養(yǎng)護新措施

　   隨著高檔石材對清洗的精確度的要求越來越高，以及人類環(huán)境保護意識的提高，激光清洗技術作為一種新的清洗方法正被人們認識和發(fā)展。激光清洗技術主要利用激光束來高速有效地清除待清洗表面的附著物，它省時、省力、節(jié)水，而且安全可靠、適用面廣、易于自動控制。特別對于石雕、石刻，各種邊角等石面精細結構，以及年代久遠的石質文物等高檔石材的清洗，激光清洗技術的優(yōu)勢是許多傳統(tǒng)清洗工藝所無法比擬的。因此，可以說激光清洗是清洗技術的一大進步，推廣應用激光清洗技術必將使石材清洗業(yè)如虎添翼。脫離物體表面；三是會在瞬間使污垢分子蒸發(fā)、氣化或分解。激光清洗技術正是利用激光脈沖的振動、粒子的熱膨脹和分子的光分解或相變三種作用或它們的聯(lián)合作用克服污物和基體物質表面之間的結合力，使其脫離物體表面而達到清洗的目的。
 
      根據(jù)被清洗基體物質與污物的光學特性分析，又可將激光清洗機理分為兩大類：一類是利用基體物質與表面附著的污垢對某一波長激光能量的吸收系數(shù)的差別，使激光能量充分被附著的污物所吸收，從而受熱膨脹或汽化揮發(fā)，并被汽化形成的蒸汽流帶動脫離基體物質而達到清洗的目的，其要求是基體物質對激光能量的吸收系數(shù)要小。
 
      污物和石材表面之問的結合力主要為物理作用力和弱化學作用力。弱化學作用力包括氫鍵和電荷轉移形成的鍵能等，物理作用力包括范德華力(包括靜電、誘導和色散作用)以及毛細作用力等。石材比其他表面材料更難清洗的原因是由于天然石材存在的大量微孔隙，微孔隙的毛細作用力不僅使污物與石材之間的各種結合力得到了增強，同時其包裹作用也使各種清洗的外力難以發(fā)揮作用。
 
      激光是一種單色性和方向性都很好的光輻射。通過鏡組合可以聚焦光束，把光束集中到一個很小的范圍或區(qū)域中。激光光束至少可以產生三個方面的作用：一是會在固體表面產生力學共振現(xiàn)象使表層或凝結物碎裂脫落；二是會使表面垢層受膨脹而克服基體物質對污垢粒子的吸附力而才不至于被損傷，因此實現(xiàn)安全高效清洗的關鍵是選擇合適的激光波長并控制適度的能量密度。另一類是對于基體物質與表面附著物對激光束的吸收系數(shù)差別不大，或者表面附著物受熱后會產生有毒物質等情況的清洗通常是利用較高頻率和功率的脈沖激光沖擊被清洗的表面，使部分光束轉換成聲波，聲波在沖擊中下層硬表面以后返回，其返回的部分與激光產生的人射聲波發(fā)生干涉，從而產生高能共振波，使垢層發(fā)生微小爆裂，造成粉碎，易于脫離基體物質表面。
 
      對于石材表面污垢的清洗以上機理往往組合運用。通常根據(jù)被處理石材和污垢的情況節(jié)激光束光脈沖的頻率(每秒0．5到30個脈沖)和振幅(8到25ns)，使污垢物質適當吸收光能。脈沖激光不斷重復的頻率的沖擊作用可使石材表面和微孔隙中的柯垢松動，當激光的沖擊力大于基體對污垢粒子的吸附力時，污垢微粒便脫離基體達到清洗目的。當激光光子能量大于(附著層)污垢分子的鍵能時，激光的光分解、光剝離作用相繼發(fā)揮效應，如KrF準分子激光光子能量為5eV，大于有機污物O-O、H-H、O-H、C-C、C-H和N-H等化學鍵的鍵能，激光的作用可以破壞部分化學鍵，分解有機物，從而可清洗有機油污。當激光光束能量密度進一步提高時，一些無機污垢。如含K、Na的鹽以及由有機污垢光分解后產生的無機物可被激光加熱膨脹，產生熱剝離(即光剝離)而脫離基體表面。為了充分利用激光的各種作用，加強激光的清洗效果，往往事先在被清洗基體的表面人為地涂上一些水或水與甲醇或乙醇的混合液體。當激光照射到液膜上時，液膜因急劇受熱，會產生爆炸性汽化，爆炸的沖擊使基體表面的污垢松散并隨沖擊波飛離基體的表面，達到去污的目的。在這種方法中盡管也有污垢粒子的振動和粒子的熱膨脹，但爆炸性沖擊波的作用是主要的，此種方法又稱為激光+液膜方法 覆蓋于基體表面的液膜的厚度一般為10/m。