影響超聲波清洗機(jī)清洗效果的主要因素

 

超聲波清洗機(jī)原理是由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(hào),通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳播到介質(zhì),清洗溶劑中超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射,使液體流動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微小氣泡,存在于液體中的微小氣泡在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng),當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí),氣泡迅速增大,然后突然閉合,在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波,在其周圍產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓,破壞不溶性污物而使他們分散于清洗液中,當(dāng)團(tuán)體粒子被油污裹著而黏附在 清洗件表面是,油被乳化,固體粒子及脫離,從而達(dá)到清洗件凈化的目的 。超聲波清洗的主要機(jī)理是超聲波空化作用，超聲波空化的強(qiáng)弱與聲學(xué)參數(shù)、清洗液的物理化學(xué)性質(zhì)及環(huán)境條件有關(guān)，要獲得良好的清洗效果必須選擇適當(dāng)?shù)穆晫W(xué)參數(shù)和清洗液。

 

1.  超聲波功率密度

在清洗液中只有交變聲壓幅值超過(guò)液體的靜壓力時(shí)才會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓，在超聲清洗槽中的聲強(qiáng)要高于空化閾值才能產(chǎn)生超聲空化。對(duì)于一般液體，空化閾值約為每平方厘米1／3瓦(聲壓的千方正比于聲強(qiáng))．聲強(qiáng)增加時(shí)，空化泡的最大半徑與起始半徑的比值增大，空化強(qiáng)度增大， 即聲強(qiáng)愈高，空化愈強(qiáng)烈，有利于清洗作用。但不是聲功率越大越好，聲強(qiáng)過(guò)高．會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)用的氣泡，增加散射衰減，形成聲屏障，同時(shí)聲強(qiáng)增大也會(huì)增加非線性衰減，這樣都會(huì)削弱遠(yuǎn)離聲源地方的清洗效果。對(duì)于一些難清洗干凈的污物，例如金屬表面的氧化物，化纖噴絲板孔中污物的清洗，則需要采用較高的聲強(qiáng)．此時(shí)被清洗面應(yīng)貼近聲源，這時(shí)大多不采用槽式清洗器．而用棒狀聚焦式換能器直接插入清洗液靠近清洗件的表面進(jìn)行清洗。

 

2. 超聲波頻率

超聲空化閾值和超聲波的頻率有密切關(guān)系。頻率越高，空化閾越高，換句話說(shuō)，頻率越高，在液體中要產(chǎn)生空化所需要的聲強(qiáng)或聲功率也越大；頻率低，空化容易產(chǎn)生，同時(shí)在低頻情況下，液體受到的壓縮和稀疏作用有更長(zhǎng)的時(shí)間間隔．使氣泡在崩潰前能生長(zhǎng)到較大的尺寸，增高空化強(qiáng)度，有利于清洗作用。目前超聲波清洗機(jī)的工作頻率根據(jù)清洗對(duì)象，大致分為三個(gè)頻段；低頻超聲清洗(20一50KHz)， 高頻超聲清洗(50—200KHz)和兆赫超聲清洗(700KHz一1MHz以上)。低頻超聲清洗適用于大部件表面或者污物和清洗件表面結(jié)合強(qiáng)度高的場(chǎng)合。頻率的低端，空化強(qiáng)度高，易腐蝕清洗件表面，不適宜清洗表面光潔度高的部件，而且空化噪聲大。40KHz左右的頻率，在相同聲強(qiáng)下，產(chǎn)生的空化泡數(shù)量比頻率為20KHz時(shí)多，穿透力較強(qiáng)，宜清洗表面形狀復(fù)雜或有盲孔的工件，空化噪聲較小。但空化強(qiáng)度較低，適合清洗污物與被清洗件表面結(jié)合力較弱的場(chǎng)合，高頻超聲清洗適用于計(jì)算機(jī)、微電子元件的精細(xì)清洗，如磁盤、驅(qū)動(dòng)器，讀寫頭，液晶玻璃及平面顯示器，微組件和拋光金屬件等的清洗。這些清洗對(duì)象要求在清洗過(guò)程中不能受到空化腐蝕．要能洗掉微米級(jí)的污物。兆赫超聲清洗適用于集成電路芯片、硅片及簿膜等的清洗。能去除微米、亞微米級(jí)的污物而對(duì)清洗件沒(méi)有任何損傷，因?yàn)榇藭r(shí)不產(chǎn)生空化作用，其清洗機(jī)理主要是聲壓梯度、粒子速度和聲流的作用，特點(diǎn)是清洗方向性強(qiáng)，被清洗件一般置于與聲束平行的方向。

 

3. 清洗溶液（介質(zhì)）對(duì)清洗效果的影響

    清洗劑的選擇要從兩個(gè)方面來(lái)考慮：一方面要從污物的性質(zhì)來(lái)選擇化學(xué)作用效果好的清洗劑；另一方面要選擇表面張力、蒸氣壓及粘度合適的清洗劑，因?yàn)檫@些特性與超聲空化強(qiáng)弱有關(guān)。液體的表面張力大則不容易產(chǎn)生空化，但是當(dāng)聲強(qiáng)超過(guò)空化閾值時(shí)，空化泡崩潰釋放的能量也大，有利于清洗；高蒸氣壓的液體會(huì)降低空化強(qiáng)度，而液體的粘滯度大也不容易產(chǎn)生空化，因此蒸氣壓高和粘度大的潔洗劑都不利于超聲清洗。此外，清洗液的溫度和靜壓力都對(duì)清洗效果有影響，清洗液溫度升高時(shí)空化核增加，對(duì)空化的產(chǎn)生有利，但是溫度過(guò)高，氣泡中的蒸氣壓增大，空化強(qiáng)度會(huì)降低，所以溫度的選擇要同時(shí)考慮對(duì)空化強(qiáng)度的影響，也�？紤]清洗液的化學(xué)清洗作用每一種液體都有一空化活躍的溫度，水較適宜的溫度是60-80℃，此時(shí)空化最活躍。

清洗液的靜壓力大時(shí)，不容易產(chǎn)生空化，所以在密閉加壓容器中進(jìn)行超聲清洗或處理時(shí)效果較差。

4. 影響超聲清洗效果的其它因素

    清洗液的流動(dòng)速度對(duì)超聲清洗效果也有很大影響，最好是在清洗過(guò)程中液體靜止不流動(dòng)，這時(shí)泡的生長(zhǎng)和閉合運(yùn)動(dòng)能夠充分完成。如果清洗液的流速過(guò)快，則有些空化核會(huì)被流動(dòng)的液體帶走有些空化核則在沒(méi)有達(dá)到生長(zhǎng)閉合運(yùn)動(dòng)整過(guò)程時(shí)就離開(kāi)聲場(chǎng)，因而使總的空化 強(qiáng)度降低。在實(shí)際清洗過(guò)程中有時(shí)為避免污物重新粘附在清洗件上．清洗液需要不斷流動(dòng)更新，此時(shí)應(yīng)注意清洗液的流動(dòng)速度不能過(guò)快，以免降低清洗效果。

被清洗件的聲學(xué)特性和在清洗槽中的排列對(duì)清洗效果也有較大的影響，吸聲大的清洗對(duì)象，如橡膠，布料等清洗效果差，而對(duì)聲反射強(qiáng)的清洗件，如金屬件，玻璃制品的清洗效果好。清洗件面積小的一面應(yīng)朝聲源排放，排列要有一定的間距；清洗件不能直接放在清洗槽底部；尤其是較重的清洗件，以免影槽底板的振動(dòng)，也避免清洗件擦傷底板而加速空化腐蝕。清洗件最好是懸掛在槽中，或用金屬羅筐盛好懸掛．但須注意要用金屬絲做成．并盡可能用細(xì)絲做咸空格較大的筐，以減少聲的吸收和屏蔽。

清洗液中氣體的含量對(duì)超聲波清洗效果也有影響。在清洗液中如果有殘存氣體(非空化核)會(huì)增加聲傳播損失，此外在空化泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中擴(kuò)散到泡中的氣體，在空化泡崩潰時(shí)會(huì)降低沖擊波強(qiáng)度而削弱清洗作用。因此有些超聲清洗設(shè)備具有除氣功能，在開(kāi)機(jī)時(shí)先進(jìn)行低于 空化閾值的功率水平作振動(dòng)，以脈沖或間歇方式振動(dòng)進(jìn)行除氣．然后功率加到正常清洗的功率水平進(jìn)行超聲清洗。

有些超聲清洗設(shè)備設(shè)計(jì)附有真空抽氣裝置{也稱真空脫氣或負(fù)壓清洗)，其目的就是減少清洗液中的殘存氣體．

5. 駐波的影響

清洗槽是有限空間，超聲波由聲源向液面?zhèn)鞑�時(shí)。在液體和氣體的交界面會(huì)反射回來(lái)而形成駐波,駐波的特征是在液體空間的某些地方聲壓最小，而在另外一些地方聲壓最大．這樣會(huì)造成清洗不均勻的現(xiàn)象。要減少駐波的影響，有時(shí)清洗槽特意做成不規(guī)則的形狀以避免駐波的形成.現(xiàn)在超聲波電源方面采取掃頻的工方式，使聲壓最小處不固定在一個(gè)地方而是不斷地移動(dòng)．以達(dá)到較均勻的清洗。