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分析天然石材激光清洗的分类及方法

 石质材料常见的清洗方法有机械清洗法、化学清洗法等等。随着高档石材对清洗的精确度的要求越来越高,以及人类环境保护意识的提高,激光清洗技术作为一种新的清洗方法正被人们认识和发展。激光清洗技术主要利用激光束来高速有效地清除待清洗对象表面的附着物,它省时、省力、节水,而且安安全可靠、适用面广、易于自动控制。特别对于石雕、石刻,各种边角等石面精细结构,以及年代久远的石质文物等高档石材的清洗,激光清洗技术的优势是许多传统清洗工艺所无法比拟的。因此,可以说激光清洗是清洗技术的一大进步,推广应用激光清洗技术必将使石材清洗业如虎添翼。                                                                                                                                  
  激光清洗的分类
  根据被清洗基体物质与污物的光学特性分析,又可将激光清洗机理分为两大类:
  一类是利用基体物质与表面附着的污垢对某一波长激光能量的吸收系数的差别,使激光能量充分被附着的污物所吸收,从而受热膨胀或汽化挥发,并被汽化形成的蒸气流带动脱离基体物质而达到清洗的目的。其要求是基体物质对激光能量的吸收系数要小,这样基体物质污物和石材表面之问的结合力主要为物理作用力和弱化学作用力。弱化学作用力包括氢键和电荷转移形成的键能等,物理作用力包括范德华力(包括静电、诱导和色散作用)以及毛细作用力等。石材比其他表面材料更难清洗的原因是由于天然石材存在的大量微孔隙,微孔隙的毛细作用力不仅使污物与石材之间的各种结合力得到了增强,同时其包裹作用也使各种清洗的外力难以发挥作用。
  激光是一种单色性和方向性都很好的光辐射。通过镜组合可以聚焦光束,把光束集中到一个很小的范围或区域中。激光光束至少可以产生三个方面的作用:一是会在固体表面产生力学共振现象使表层或凝结物碎裂脱落;二是会使表面柯垢层受膨胀而克服基体物质对污垢粒子的吸附力而才不至于被损伤,因此实现安全高效清洗的关键是选择合适的激光波长并控制适度的能量密度。                                                                                                               
  另一类是对于基体物质与表面附着物对激光束的吸收系数差别不大,或者表面附着物受热后会产生有毒物质等情况的清洗通常是利用较高频率和功率的脉冲激光冲击被清洗的表面,使部分光束转换成声波,声波在冲击中下层硬表面以后返回,其返回的部分与激光产生的人射声波发生干涉,从而产生高能共振波,使垢层发生微小爆裂,造成粉碎,易于脱离基体物质表面。                                                                                                                        
  激光清洗的方法
  常见的激光清洗方法有4种
  方法一:激光干洗法,即采用脉冲激光直接辐射去污;
  方法二:激光+液膜方法,即首先沉积一层液膜于基体表面,然后用激光辐射去污;
  方法三:激光+惰性气体的方法,即在激光辐射的同时,用惰性气体吹向基体表面,当污物从表面剥离后会立即被气体吹离表面,以避免表面再次污染和氧化;
  方法四:运用激光使污垢松散后,再用非腐蚀性化学方法清洗。
  目前,常用的是前3种方法。第4种方法仅见于石质文物的清洗中。

 

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