隨著科學(xué)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(gè)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(jì)30年代早期,當(dāng)時(shí),位于美國新澤西州的美國無線電公司的一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(yàn)未獲成功。在此基礎(chǔ)上,超聲波清洗技術(shù)在20世紀(jì)50年代有了很大的發(fā)展,當(dāng)時(shí)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(qiáng)大的能量也會(huì)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(diǎn)。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(xì)污垢微粒,并且不會(huì)損傷基底材料的表面。目前這項(xiàng)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(yùn)用于工業(yè)清洗的清洗方式一般為人工清洗、有機(jī)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(rèn)為是當(dāng)前效率最高、效果最好的清洗方式,其清洗效率達(dá)到了98%以上,清洗潔凈度也達(dá)到了最高級別。而傳統(tǒng)的人工清洗和有機(jī)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(dá)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(jìn)行清洗的工件,具有顯著的清洗效果。清洗時(shí)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(dá)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(jī)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(jià)格約為1萬元的超聲波清洗機(jī)為例,耗電1kW·h約為0.5元;堿性金屬清洗劑1kg,價(jià)格約為20元,可反復(fù)使用20～50h(根據(jù)污染程度而定),相當(dāng)于0.4～1元/h,而一般工件清洗時(shí)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(shí)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(dāng)于不到0.04元/件,還不算節(jié)省的勞動(dòng)力成本,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他各類清洗方法。

　　1.3、避免勞動(dòng)損傷

　　以往在骯臟的環(huán)境中通過繁重的體力勞動(dòng),需要長時(shí)間地進(jìn)行手工清洗的復(fù)雜機(jī)械零件,應(yīng)用了超聲波清洗機(jī)以后,不僅改善了勞動(dòng)環(huán)境,杜絕了手工清洗對工件產(chǎn)生的傷害,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,而且在大幅提高清洗精度的基礎(chǔ)上,清洗時(shí)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(shí),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(diǎn)振動(dòng),質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(huì)產(chǎn)生極大的作用力,強(qiáng)超聲波在液體中傳播時(shí),由于非線性作用,會(huì)產(chǎn)生聲空化。在空化氣泡突然閉合時(shí)發(fā)出的沖擊波可在其周圍產(chǎn)生上千個(gè)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(huì)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(dòng)也能對固體表面進(jìn)行擦洗。氣泡還能“鉆入”裂縫中做振動(dòng),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(dāng)固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時(shí),油被乳化,固體粒子即脫落。空化氣泡在振動(dòng)過程中會(huì)使液體本身產(chǎn)生環(huán)流,即所謂聲流。他可使振動(dòng)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(qiáng)化化學(xué)清洗劑的清洗作用。此外,超聲振動(dòng)在清洗液中引起質(zhì)點(diǎn)很大的振動(dòng)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(jī)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。