超聲波清洗的原理與實(shí)際應(yīng)用

程思拓

（湖南省寧鄉(xiāng)縣第一高級(jí)中學(xué)，湖南寧鄉(xiāng)410600）

超聲波清洗的原理與實(shí)際應(yīng)用

程思拓

（湖南省寧鄉(xiāng)縣第一高級(jí)中學(xué)，湖南寧鄉(xiāng)410600）

本文主要分析超聲波清洗的工作原理，并對(duì)超聲波清洗技術(shù)在生產(chǎn)領(lǐng)域中的運(yùn)用進(jìn)行深入探討，以期能夠更好地推動(dòng)我國超聲波清洗技術(shù)在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

超聲波清洗；原理；實(shí)際應(yīng)用

1 超聲波清洗的原理分析

超聲波與電磁波的性質(zhì)非常相近，在傳播過程中能夠折射、聚焦和反射，但是，從另外一個(gè)方面來看，也有不同于電磁波的地方，電磁波能夠在真空當(dāng)中進(jìn)行自由的傳播，而對(duì)于超聲波而言，其傳播必須要依靠一定的彈性介質(zhì)。在彈性介質(zhì)的傳播過程中，通過介質(zhì)中的粒子振蕩，并以超聲波的傳播方向傳遞能量，傳播方向主要是縱向波和橫向波。而且在固體間的傳播中，縱向波和橫向波兩者都能夠進(jìn)行傳送。但是，在氣體和液體間的傳播過程中，只有縱向波才能進(jìn)行傳送。在超聲波方面，超聲波能夠在一定程度上引起質(zhì)點(diǎn)上的持續(xù)振動(dòng)，而且，在質(zhì)點(diǎn)上的振動(dòng)速度和超聲頻率的平方可以成為正比。為此，通常情況下的幾千赫茲超聲都會(huì)產(chǎn)生極大的作用力，更為重要的是，較強(qiáng)的超聲波在液體介質(zhì)中傳播，受到非線性作用，可能會(huì)發(fā)生某種聲空化。這樣在空化氣泡突然閉合時(shí)所發(fā)生的沖擊波將會(huì)在液體周圍產(chǎn)生諸多的大氣壓力，極有可能會(huì)對(duì)污層造成直接的沖擊。同時(shí)，對(duì)污物和清洗物件表面上的吸附，也會(huì)在一定程度上引起污染層不同程度上的破壞，進(jìn)而導(dǎo)致脫離清洗物件表面，逐漸分散到清洗液體中。在氣泡的振動(dòng)方面也能夠在一定程度上引起固體表面上的清洗。有些氣泡還能夠到液體介質(zhì)之間的裂縫之中進(jìn)行振動(dòng)，使附著于液體上的污染物脫落。而對(duì)于油脂性的污染物，受到超聲空化的作用，兩種液體可以在界面上迅速分散而乳化，尤其是在固體粒子被油污裹挾著而附著于清洗表面上，在這一過程中，油脂性的物質(zhì)很可能被乳化，造成固體粒子持續(xù)脫落。

在空化氣泡的振動(dòng)過程中，可能會(huì)使超聲波在液體間的傳播本身產(chǎn)生一系列的環(huán)流，也就是聲流，這樣就可以使振動(dòng)的氣泡表面有著很高的速度梯度和黏滯力，對(duì)污染物造成破壞，在超聲空化方面，無論是固體還是液體，其表面所產(chǎn)生的高速微射流在一定程度上能夠祛除污層，進(jìn)一步腐蝕固體間的表面，從而增強(qiáng)其攪拌的作用。此外，超聲振動(dòng)在清洗液體中所引起的振動(dòng)速度，能夠在很大程度上促使表面上的污染物受到持續(xù)的沖擊。所以，從整體上看，只要是液體能夠達(dá)到空化產(chǎn)生的部位都具有一定的清洗作用，例如，在部件表面上的空穴、狹縫和深孔等方面都能夠得到清洗。

2 超聲波清洗在實(shí)際中的應(yīng)用分析

2.1 制藥工業(yè)中關(guān)于超聲波清洗的運(yùn)用分析

超聲波的清洗技術(shù)已經(jīng)在制藥行業(yè)得到廣泛的運(yùn)用，尤其是對(duì)一些藥品生產(chǎn)過程產(chǎn)生極其重大的意義。例如，在西林瓶、氨瓶和天然膠塞等方面的清洗都有廣泛的運(yùn)用。在對(duì)于瓶類的清洗方面，相關(guān)技術(shù)人員能夠利用超聲波清洗技術(shù)來進(jìn)一步取代毛刷機(jī)，通過一系列的翻轉(zhuǎn)注水、超聲清洗以及空氣吹干等流程來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2.2 電子工業(yè)方面超聲波清洗技術(shù)的運(yùn)用

在印制電路板焊接方面，焊接之后都會(huì)有些許焊劑殘留物在基板上。而這些殘留物很有可能會(huì)對(duì)電路基板產(chǎn)生一系列的影響。例如，短路、漏電以及腐蝕等方面的問題，給電子制造業(yè)造成極大的損耗，通過采用超聲波的清洗技術(shù)，可以進(jìn)一步降低焊劑的殘留物，提升電力制品的清潔度。

2.3 超聲波清洗技術(shù)在精密儀器上的運(yùn)用

在精密儀器方面的采用中，我們都知道，光學(xué)儀器上的透鏡因?yàn)榍衅脱心サ确矫娴募庸ぃ谝欢ǔ潭壬蠒?huì)造成透鏡表層有油污，甚至?xí)B透進(jìn)入到表層微觀組織中去，若用一般的工藝清洗難以起到很好的去污效果，若利用超聲波的清洗技術(shù)，則可以有效祛除殘留在表面上的污染物。

3 超聲波清洗技術(shù)的展望

3.1 高頻超聲清洗技術(shù)的進(jìn)展

通常情況下，像幾微米的污染物，采用常規(guī)的超聲波清洗器無法很好地祛除污染物。近年我國已經(jīng)擁有高頻超聲波清洗技術(shù)，在清洗過程中，清洗的物質(zhì)不僅僅是氣泡，而是通過高頻壓力波來進(jìn)行去污，去污效果100%。高頻超聲清洗技術(shù)已經(jīng)廣泛地運(yùn)用在大規(guī)模的集成電路芯片上，尤其是硅晶片和陶瓷等方面的特種污染物的清洗。

3.2 多頻清洗技術(shù)的進(jìn)展

多頻清洗技術(shù)，從本質(zhì)上看，就是在清洗槽中安裝兩種或者三種以上的換能器，通過多只發(fā)生器推動(dòng)各個(gè)頻率上的換能器。在清洗器工作頻率較高的情況下，液體中的空化強(qiáng)度低而空化密度大，而工作頻率低時(shí)，這種情況則是完全相反的。我們可以充分利用低頻超聲波強(qiáng)度高的特點(diǎn)，對(duì)物體表面進(jìn)行清洗。根據(jù)高頻超聲波空化密度高的特點(diǎn)，可以利用沖擊波貫穿細(xì)縫和深孔等細(xì)微結(jié)構(gòu)，利用多種頻率，有效地克服清洗不徹底的問題。

在某種程度上看，只有深入分析超聲波的清洗原理，并對(duì)其進(jìn)行各個(gè)領(lǐng)域方面的研究，對(duì)當(dāng)前超聲波清洗技術(shù)發(fā)展的情況作出深入闡述，才能更好地推動(dòng)超聲波技術(shù)的穩(wěn)健發(fā)展。

［1］李曉東，劉傳紹.超聲波清洗技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.清洗世界，2009，（01）：562-563.

［2］孫俊茹，楊武成.綠色超聲波清洗技術(shù)［J］.現(xiàn)代零部件，2009，（05）：250-251.

Principle and Practical Application of Ultrasonic Cleaning

CHENG Si-tuo
(Hunan Ningxiang NO.1 Senior Middle school,Ningxiang410600,China)

This paper mainly analyzes the working principle of ultrasonic cleaning,and the application of ultrasonic cleaning technology in the production field,in order to better promote the ultrasonic cleaning technology in the field of production.

Ultrasonic Cleaning;principle;Practical application

TB559

A

1674-8646（2015）09-0104-02

2015-06-19