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超声波清洗原理及其实际应用

2022-02-14 10:12
随着科学技术的高速发展,超声技术已越来越多地应用于人们的生产和生活的各个领域。从超声测厚到超声诊断、治疗,超声波焊接,它已为人们所熟悉。但超声波清洗机的应用,人们还不够熟悉和了解。

超声波清洗技术最早出现于20世纪30年代早期,当时,位于美国新泽西州的美国无线电公司的一个实验室中的技术人员尝试用自制的简陋超声波清洗系统清洗某些物体,但试验未获成功。在此基础上,超声波清洗技术在20世纪50年代有了很大的发展,当时使用的超声波工作频率在20~40kHz之间。该范围内的超声波被应用在数千种不同的工作场合下,其中许多是别的清洗手段不能很好发挥作用的场合。超声波可以对工件施加非常巨大的能量,尤其适用于清除牢固地附着在基底上的污垢。然而在某些情况下,超声波强大的能量也会损伤粘有污垢而性质脆弱的基底材料。在过去的十几年中,超声波领域中出现了一些技术革新,提高了清除敏感基底上的污物的安全系数。在此期间,超声波技术,特别是中高频超声波清洗技术有了新的发展,并成为行业的亮点。近年来,人们发现用兆声波(根据超声波的频率不同,把40kHz及其以下的称为常规或低频超声波,把1000kHz以上的称为高频超声波,又称兆频超声波,简称兆声波)清洗可以去除掉半导体材料表面上的超细污垢微粒,并且不会损伤基底材料的表面。目前这项技术已经得到了很快的普及。


超声波清洗机的主要组成部分


超声波清洗机主要由发生器、换能器和清洗槽三部分组成。发生器即电源,产生电磁振荡信号并提供能量;换能器即振板,是超声清洗的关键部分,它把发生器产生的电磁振动转换成换能器本身的超声振动,并传入清洗槽中产生空化作用,通常置于槽底部;清洗槽用来容纳清洗液及待清洗的工件。

超声波清洗的原理超声波是一种频率超出人类听觉范围20kHz以上的声波。超声波很像电磁波,能折射、聚焦和反射,然而和电磁波又不同,电磁波可以在真空中自由传播,而超声波的传播要依靠弹性介质。其传播时,使弹性介质中的粒子振荡,并通过介质按超声波的传播方向传递能量,这种波可分为纵向波和横向波。在固体内,两者都可以传送,而在气体和液体内,只有纵向波可以传送。超声波能够引起质点振动,质点振动的加速度与超声频率的平方成正比。因此,几十千赫兹的超声会产生极大的作用力,强超声波在液体中传播时,由于非线性作用,会产生声空化。在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可在其周围产生上千个大气压力,对污层的直接反复冲击,一方面破坏污物与清洗件表面的吸附,另一方面也会引起污物层的破坏而脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中。气泡的振动也能对固体表面进行擦洗。气泡还能“钻入”裂缝中做振动,使污物脱落。对于有油脂性污物,由于超声空化作用,两种液体在界面迅速分散而乳化,当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时,油被乳化,固体粒子即脱落。空化气泡在振动过程中会使液体本身产生环流,即所谓声流。他可使振动气泡表面存在很高的速度梯度和粘滞应力,促使清洗件表面污物的破坏和脱落,超声空化在固体和液体表面上所产生的高速微射流能够除去或削弱边界污层,腐蚀固体表面,增加搅拌作用,加速可溶性污物的溶解,强化化学清洗剂的清洗作用。此外,超声振动在清洗液中引起质点很大的振动速度和加速度,亦使清洗件表面的污物受到频繁而激烈的冲击。由上述超声清洗原理可知,凡是液体浸到空化产生的地方都有清洗作用,不受清洗件表面复杂形状的限制,如部件表面的空穴、凹槽、狭缝和深孔、微孔都能得到清洗,而这些部件用一般刷洗方法是不能清洗干净的。


超声波清洗机的应用


由于超声波清洗本身具有其它物理清洗或化学清洗无可比拟的优越性,因此广泛应用于日常生活、电子业、制药工业、实验室、机械业、金属工业、化学工业等诸多领域。

日常生活
日常生活中,眼镜、首饰都可以用超声波进行清洗,速度快,无损伤。宾馆、饭店和家庭日常清洗餐具,不仅清洗效果好,还具有杀灭病毒的作用。
制药工业
超声波清洗技术经过众多制药企业的应用而得到广泛使用,特别是对西林瓶、口服液瓶、氨瓶、大输液瓶的清洗以及对丁基胶塞、天然胶塞的清洗方面,已经得到肯定。对于瓶类的清洗,是用超声波清洗技术代替原有的毛刷机,经过翻转注水、超声清洗、内外冲洗、空气吹干、翻转等流程而实现。
电子工业
印制电路板焊接后,一般都会或多或少地有助焊剂残留物附在基板上。这些残留物会对基板造成不良的影响(如短路、漏电、腐蚀、接触不良等)。给电子制造业带来品质上的影响。采用超声波清洗技术,可大大降低残留物的量,进一步提高洁净度。
金属行业
众所周知,金属棒材经挤压成丝后,金属丝的外部往往有一层碳化膜和油,用酸清洗或其它清洗方法,很难让污物去除(尤其整盘丝),超声波洗丝机是根据实际生产需要而设计的一种连续走丝,高效清洗设备,粗洗部分由清洗液储槽、换能器、循环泵、过滤器及配套管道系统组成,金属丝经超声波粗洗精洗后,再经过吹干,从而完成整个清洗过程。整套设备集成控制,简洁、方便、效果好,广泛用于钽丝、钨丝、钼丝、铌丝、铜丝(绝缘漆涂覆前)等金属丝。
精密光学仪器
光学仪器的透镜表面常因切片,研磨等加工而造成表层被磨屑、油污等污染,有的已渗入表层微观组织内,用其它工艺清洗很难奏效,但改用高效率的超声波清洗,就可化难为易。

以上就是关于超声波清洗原理及其实际应用的全部内容,超声波清洗具有广泛的应用领域和应用价值,相信随着科学技术的不断进步,超声波清洗在清洗领域必将得到快速发展。
 

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