影響超聲清洗效果的因素

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2．影響超聲清洗效果的因素

超聲清洗的主要機理是超聲空化作用．超聲空化的強弱與聲學參數(shù)、清洗液的物理化學性質及環(huán)境條件有關，所以要得到良好的清洗效果 必須選擇適當?shù)穆晫W參數(shù)和清洗液。
2 1聲強或聲壓的選擇
在清洗液中只有交變聲壓幅值超過液體的靜壓力時才會出現(xiàn)負壓。而負壓要超過液體的強度才能產(chǎn)生空化。使液體產(chǎn)生空化的zui低聲強或聲壓幅值稱為空化閾。各種液體具有不同的空化閾值，在超聲清洗槽中的聲強要高于空化閾值才能產(chǎn)生超聲空化。對于一般液體，空化閾值約為每平方厘米1／3瓦（聲壓的千方正比于聲強）．聲強增加時，空化泡的zui大半徑與起始半徑的比值增大，空化強度增大，即聲強愈高，空化愈強烈．有利于清洗作用。但不是聲功率越大越好，聲強過高．會產(chǎn)生大量無用的氣泡，增加散射衰減，形成聲屏障，同時聲強增大也會增加非線性衰減，這樣都會削弱遠離聲源地方的清洗效果。對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．此時被清洗面應貼近聲源，這時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行清洗．

2 2頻率的選擇

超聲空化閾值和超聲波的頻率有密切關系．頻率越高，空化閾越高，換句話說，頻率越高，在液體中要產(chǎn)生空化所需要的聲強或聲功率也越大；頻率低，空化容易產(chǎn)生，同時在低頻情況下，液體受到的壓縮和稀疏作用有更長的時間間隔．使氣泡在崩潰前能生長到較大的尺寸，增高空化強度，有利于清洗作用．目前超聲波清洗機的工作頻率根據(jù)清洗對象，大致分為三個頻段；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合強度高的場合。頻率的低端，空化強度高。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，在相同聲強下，產(chǎn)生的空化泡數(shù)量比頻率為20KHz時多，穿透力較強，宜清洗表面形狀復雜或有盲孔的工件，空化噪聲較小．但空化強度較低，適合清洗污物與被清洗件表面結合力較弱的場合，高頻超聲清洗適用于計算機。微電子元件的精細清洗，如磁盤、驅動器，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．這些清洗對象要求在清洗過程中不能受到空化腐蝕．要能洗掉微米級的污物。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、亞微米級的污物而對清洗件沒有任何損傷。因為此時不產(chǎn)生空化．其清洗機理主要是聲壓梯度．粒子速度和聲流的作用．特點是清洗方向性強，被清洗件一般置于與聲束平行的方向．

2.3清洗液的物理化學性質對清洗效果的影響

清洗劑的選擇要從兩個方面來考慮：一方面要從 污物的性質來選擇化學作用效果好的清洗劑；另一方 面要選擇表面張力、蒸氣壓及枯度合適的清洗劑，因為這些特性與超聲空化強弱有關。液體的表面張力大則 不容易產(chǎn)生空化，但是當聲強超過空化閾值時，空化泡崩潰釋放的能量也大，有利于清洗．高蒸氣壓的液 體會降低空化強度，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清洗效果有影 響，清洗液溫度升高時．空化核增加，對空化的產(chǎn)生有利，但是溫度過高，氣泡中的蒸氣壓增大．空化強度 會降低，所以溫度的選擇要同時考慮對空化強度的影 響，也?？紤]清洗液的化學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~C，此時空化 zui活躍。
清洗液的靜壓力大時，不容易產(chǎn)生空化，所以在密 閉加壓容器中進行超聲清洗或處理時效果較差。

2．4影響超聲清洗效果的其它因素

清洗液的流動速度對超聲清洗效果也有很大影響。
是在清洗過程中液體靜止不流動．這時泡的生長和閉合運動能夠充分完成．如果清洗液的流速過快，則有些空化核會被流動的液體帶走有些空化核則在沒有達到生長閉合運動整過程時就離開聲場，因而使總的空化強度降低。在實際清洗過程中有時為避免污物重新粘附在清洗件上．清洗液需要不斷流動更新，此時應注意清洗液的流動速度不能過快，以免降低清洗效果。

被清洗件的聲學特性和在清洗槽中的排列對清洗效果也有較大的影響．吸聲大的清洗件，如橡膠，布料等清洗效果差，而對聲反射強的清洗件，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，也避免清洗件擦傷底板而加速空化腐蝕。清洗件是懸掛在槽中，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）會增加聲傳播損失，此外在空化泡運動過程中擴散到泡中的氣體，在空化泡崩潰時會降低沖擊波強度而削弱清洗作用。因此有些超聲清洗設備具有除氣功能，在開機時行低于空化閾值的功率水平作振動，以脈沖或間歇方式振動進行除氣．然后功率加到正常清洗的功率水平進行超聲清洗；有些超聲清洗設備附有抽氣裝置{所謂真空脫氣），其目的同樣是減少清洗液中的殘存氣體．

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