隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展,超聲技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。從超聲測厚到超聲診斷、治療,超聲波焊接,它已為人們所熟悉。但超聲設(shè)備在清洗行業(yè)的應(yīng)用,人們還不夠熟悉和了解。

　　超聲波清洗技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀30年代早期,當時,位于美國新澤西州的美國無線電公司的一個實驗室中的技術(shù)人員嘗試用自制的簡陋超聲波清洗系統(tǒng)清洗某些物體,但試驗未獲成功。在此基礎(chǔ)上,超聲波清洗技術(shù)在20世紀50年代有了很大的發(fā)展,當時使用的超聲波工作頻率在20～40kHz之間。該范圍內(nèi)的超聲波被應(yīng)用在數(shù)千種不同的工作場合下,其中許多是別的清洗手段不能很好發(fā)揮作用的場合。超聲波可以對工件施加非常巨大的能量,尤其適用于清除牢固地附著在基底上的污垢。然而在某些情況下,超聲波強大的能量也會損傷粘有污垢而性質(zhì)脆弱的基底材料。

       在過去的十幾年中,超聲波領(lǐng)域中出現(xiàn)了一些技術(shù)革新,提高了清除敏感基底上的污物的安全系數(shù)。在此期間,超聲波技術(shù),特別是中高頻超聲波清洗技術(shù)有了新的發(fā)展,并成為行業(yè)的亮點。近年來,人們發(fā)現(xiàn)用兆聲波(根據(jù)超聲波的頻率不同,把40kHz及其以下的稱為常規(guī)或低頻超聲波,把1000kHz以上的稱為高頻超聲波,又稱兆頻超聲波,簡稱兆聲波)清洗可以去除掉半導(dǎo)體材料表面上的超細污垢微粒,并且不會損傷基底材料的表面。目前這項技術(shù)已經(jīng)得到了很快的普及。

　　1、超聲波清洗的優(yōu)勢

　　1.1、清洗效果好

　　運用于工業(yè)清洗的清洗方式一般為人工清洗、有機溶劑清洗、蒸汽氣相清洗、高壓水射流清洗和超聲波清洗。超聲波清洗被國際公認為是當前效率最高、效果最好的清洗方式,其清洗效率達到了98%以上,清洗潔凈度也達到了最高級別。而傳統(tǒng)的人工清洗和有機溶劑清洗的清洗效率僅僅為60%～70%,即使是氣相清洗和高壓水射流清洗的清洗效率也低于90%。不論工件形狀多么復(fù)雜,將其放入清洗液內(nèi),只要是能接觸到液體的地方,超聲波的清洗作用都能達到。尤其是對于形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人工及其它清洗方式不能完全有效地進行清洗的工件,具有顯著的清洗效果。清洗時液體內(nèi)產(chǎn)生的氣泡非常均勻,工件的清洗效果也非常理想。超聲波清洗可根據(jù)溶劑的不同達到不同的效果,如:除油、除銹或磷化。配合清洗劑的使用,加速污染物的分離和溶解,可有效防止清洗液對工件的腐蝕。

　　1.2、清洗成本低

　　在所有清洗方式中,清洗成本大體為:設(shè)備成本和消耗成本。超聲波清洗設(shè)備使用壽命約為十年,設(shè)備購置成本高于人工清洗和有機堿性溶劑刷洗,低于氣相清洗和高壓水射流清洗,對于消耗成本,以有效尺寸為600×400×350mm3,功率為1kW,價格約為1萬元的超聲波清洗機為例,耗電1kW·h約為0.5元;堿性金屬清洗劑1kg,價格約為20元,可反復(fù)使用20～50h(根據(jù)污染程度而定),相當于0.4～1元/h,而一般工件清洗時間僅為3～15min即可,且一次清洗可對一定數(shù)量及體積的工件同時清洗,因此對于消耗成本而言,采用超聲波清洗,不僅清洗效果最好,而且清洗成本相當于不到0.04元/件,還不算節(jié)省的勞動力成本,遠遠低于其他各類清洗方法。

　　1.3、避免勞動損傷

　　以往在骯臟的環(huán)境中通過繁重的體力勞動,需要長時間地進行手工清洗的復(fù)雜機械零件,應(yīng)用了超聲波清洗機以后,不僅改善了勞動環(huán)境,杜絕了手工清洗對工件產(chǎn)生的傷害,減輕了勞動強度,而且在大幅提高清洗精度的基礎(chǔ)上,清洗時間縮短為原來的四分之一。超聲波清洗還可有效地降低污染,減少有毒溶劑對人類的損害。

　　2、超聲波清洗的原理

　　超聲波是一種頻率超出人類聽覺范圍20kHz以上的聲波。超聲波很像電磁波,能折射、聚焦和反射,然而和電磁波又不同,電磁波可以在真空中自由傳播,而超聲波的傳播要依靠彈性介質(zhì)。其傳播時,使彈性介質(zhì)中的粒子振蕩,并通過介質(zhì)按超聲波的傳播方向傳遞能量,這種波可分為縱向波和橫向波。在固體內(nèi),兩者都可以傳送,而在氣體和液體內(nèi),只有縱向波可以傳送。超聲波能夠引起質(zhì)點振動,質(zhì)點振動的加速度與超聲頻率的平方成正比。因此,幾十千赫茲的超聲會產(chǎn)生極大的作用力,強超聲波在液體中傳播時,由于非線性作用,會產(chǎn)生聲空化。在空化氣泡突然閉合時發(fā)出的沖擊波可在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓力,對污層的直接反復(fù)沖擊,一方面破壞污物與清洗件表面的吸附,另一方面也會引起污物層的破壞而脫離清洗件表面并使它們分散到清洗液中。

      氣泡的振動也能對固體表面進行擦洗。氣泡還能“鉆入”裂縫中做振動,使污物脫落。對于有油脂性污物,由于超聲空化作用,兩種液體在界面迅速分散而乳化,當固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時,油被乳化,固體粒子即脫落?？栈瘹馀菰谡駝舆^程中會使液體本身產(chǎn)生環(huán)流,即所謂聲流。他可使振動氣泡表面存在很高的速度梯度和粘滯應(yīng)力,促使清洗件表面污物的破壞和脫落,超聲空化在固體和液體表面上所產(chǎn)生的高速微射流能夠除去或削弱邊界污層,腐蝕固體表面,增加攪拌作用,加速可溶性污物的溶解,強化化學清洗劑的清洗作用。此外,超聲振動在清洗液中引起質(zhì)點很大的振動速度和加速度,亦使清洗件表面的污物受到頻繁而激烈的沖擊。

     由上述超聲清洗機的原理可知,凡是液體浸到空化產(chǎn)生的地方都有清洗作用,不受清洗件表面復(fù)雜形狀的限制,如部件表面的空穴、凹槽、狹縫和深孔、微孔都能得到清洗,而這些部件用一般刷洗方法是不能清洗干凈的。