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NIF清洗设备及工艺

导读: 报道了国家点火装置上的清洗设备及工艺,文章全面描述了应用于国家点火装置(NIF)的各类硬件和光学元件的清洗过程、处理方法、设施和清洁验证程序。

  2014年激光损伤会议上,美国AkimaInfrastructureServices有限服务公司的JamesA.Pryael和美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的合作伙伴报道了国家点火装置上的清洗设备及工艺,文章全面描述了应用于国家点火装置(NIF)的各类硬件和光学元件的清洗过程、处理方法、设施和清洁验证程序。

  NIF清洗设备及工艺

  为了达到单个元件99.5%的效率,减少激光传输过程的损耗及元件表面污染引起的元件损伤,必须对每个元件进行表面清洁,对于NIF装置的硬件清洗,最大的挑战来自于不锈钢或铝钢架结构。另外,NIF装置存在数量众多的光学元件,尤其是表面非常敏感的溶胶凝胶增透薄膜需要进行清洗。为了满足IEST-STD-CC1246DLevel83A/10标准的清洗苛刻要求,甚至更为严格的光学元件清洗要求,需要发展特定的清洗程序、大尺寸元件清洗设备、元件安装后清洗程序或相关协议,规范清洗程序。

  对于金属及其它的非光学元件类:建立大规模清洗设备,包括表面活性剂喷淋,超声清洗及溶剂擦洗设备,另外,需要定制真空烘箱减少有机物质放气污染溶胶凝胶薄膜表面,并且建立了标准测试方法检验清洗效果。

  对于光学元件:清洗包括传统的有机溶剂擦拭(异丙醇[IPA],乙醇和丙酮),复杂的洗涤剂浸泡和表面处理工艺,如甲苯喷淋(toluenesprays)。目前,NIF的光学元件使用气刀保持反射镜表面清洁。在本文中,作者讨论污染类型和专业清洁设备、清洗方法、工艺和设备。

  1.污染类型及其影响

  1.1概述

  光学元件及其相关附件和机械支撑结构的污染可分为两大类:有机化合物和粒子污染。有机化合物为非金属和非矿类物质沉积在基片表面,可以生成各类塑料,通常包括碳氢化合物(如润滑油)、增塑剂(如邻苯二甲酸盐),和硅氧烷化合物(硅酮橡胶的前驱体)。

  因为清洗不充分,各类有机物可能残留在元件表面,对于热处理后仍然存在放气的材料,材料放气时产生的挥发物可以污染洁净的光学表面。污染颗粒物包括所有类型的固体,但通常包括矿物质、金属和塑料,同时还包括纤维状物质。

  2.金属件清洗

  2.1概述

  正如前面分析的一样,为了满足IEST-STD-CC1246DLevel83A/10标准的清洗苛刻要求,NIF的各类材料、尺寸及形状的金属件清洗面临着巨大挑战。

  一些传统的清洗过程涉及二氯甲烷,氟利昂?和其它环境不友好溶剂,特别是NIF项目的需求量特别大,使用传统的清洗材料将对环境造成严重破坏,因此,在NIF制造开始之前LLNL积极参与其他组织合作,调查和测试替代的解决方案。最终选择了Brulin研制的洗涤剂作为主要的清洁剂。此外,NIF开发或优化了酸洗工艺来减轻铝合金和不锈钢表面污迹。

  2.2大金属组件清洗

  为了实现金属组件和附件的清洁,NIF与相关单位签订合同,研发了一套清洗设备。它包括一个5000ft2的100级/ISO标准5级洁净室(图1),以及专门的工艺和过滤系统(图2)。此外,研发了专业清洗设备,如高压喷雾旋转头清洁光束管线内表面(图3)。

  在粗清洁区域,各类金属组件首先进行初步清洗,包括使用43~54℃的BrulinTM1990GD清洁剂进行的高压喷雾(1000~2500psi)(图4)及随后的去离子水清洗。

  图1用于清洗的5000ft2100级/ISO标准5级洁净室

  图2用于存储清洗剂的大型存储罐及18M超纯水系统

  图3特殊设计的清洗设备用于NIF机械组件清洁

  图4高压喷雾清洗设备

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