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激光清洗文物的逻辑思路

发表时间:2023-10-24 16:20


激光清洗的激光的基本原理是不同物质对不同波长的激光吸收率不同,清除污染物,同时不损伤基底材料。本质上来讲,激光清洗和日常洗手洗脸没啥区别,因此在激光清洗前,先确定污染物是什么,基底材料是什么,然后针对性的选择合适的激光,通过测试参数,选择合适的参数进行清洗作业就行。

        激光清洗文物也是符合这种思路的。    由于激光的高精确性,可以清除微米级别的污染物。在欧洲,激光清洗已经应用于古建筑的清洗,法国的亚眠大教堂,奥地利的圣斯迪飞大教堂,波兰的无名战士古墓,荷兰的鹿特丹市政大厅,丹麦的圣弗雷里克斯大教堂,意大利的马达勒那大教堂和著名的伦敦维斯明斯特宫等地的,在修复的工作中都用到了激光清洗技术,利用激光去除了覆盖在大理石花纹上几毫米后的黑污垢层,大理石表面的色泽体现出来,使精美的雕刻重现光彩。

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         对于这些石头建造的石雕,含有石灰石成分,当大气中的二氧化硫和一氧化氮接触到这些石雕时,会发生化学反应,生产黑色的硬壳,沉积在表面,俗称石膏黑壳。它不但影响外表美观,而且会加速风化,缩短它的寿命,因此清除它们是非常必要的。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

         石材上面的污染物主要有墨迹,油漆,烟熏和石灰,基底材料是大理石建材,因此我们需要选择合适的激光可以选择的激光主要有波长为1064nm的光纤激光,波长为10600nm的二氧化碳激光,波长为355nm的紫外激光。哪种最合适呢?理论上来说,紫外激光是最合适的,但是它太贵了,而且无法用光纤线传输,因此限制了它的使用。因此我们选择容易操控的光纤激光。光纤激光又分为脉冲激光和连续激光。它们的波长是类似的,连续激光类似于下雨,大功率相当于下大雨,小功率相当于下小雨,而脉冲激光类似于冰雹,脉冲激光有关重要参数叫单脉冲能量,小的单脉冲相当于小冰雹,大的单脉冲能量相当于大冰雹。脉冲相对于连续激光,多了一个“振动”功能,因此它的清洗原理是热量+振动,相比连续激光,可以在更低的温度下实现清洗目的。

         不管是连续还是脉冲,对于激光清洗来说,最重要的一个参数是激光能量密度。对于激光清洗石材文物来说,污染物和基材都会吸收波长为1064nm的光纤激光,但污染物会在较低的激光能量密度下被清除,而基材不受损伤,但是随着激光能量密度的提升,在去除污染物的同时,也会损伤基材,因此选择一个合适的激光能量密度是非常重要的。激光能量密度是什么呢?举例来说,用2个不同的放大镜,聚焦阳光,聚焦点的温度是不同的,说明它们有不同的能量密度激光能量密度也大概是这个道理。激光能量密度与激光功率,扫描速度,离焦量关系密切。调节这些参数就能控制激光能量密度的大小。

         任何激光清洗作业前,前确定污染物和基底材料,然后选择合适的激光,实际操作前在相似产品上做大量的测试,确定激光类型和清洗参数,开始正式的清洗作业。大部分的清洗作业任务都需要清洗2遍以上,第一遍用较大的功率清洗,第二遍用较小的功率清洗,总之越接近基底材料,清洗就越要谨慎。

        在清洗的过程中,要考虑基材忍受热量的程度,对于不能发热的基材,只能选择准分子激光清洗。还要考虑到清洗过程是否接受明火,光纤和二氧化碳激光清洗的过程中容易产生明火,如果不能产生明火,就需要增加氮气保护。

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