科普|超声波清洗的原理和实际应用

伴随着科技的快速发展趋势,超声波技术性已愈来愈多地运用于大家的生产制造与生活的各行各业。从超声波测厚到超声波确诊、医治,超音波焊接,它已将大家所了解。但超声设备在清理领域的运用,大家还不够了解和掌握。

超声波清洗技术性最开始发生于20世际30时代初期,那时候,坐落于美国的新泽西州的英国无线企业的一个试验室中的专业技术人员试着用自做的简单超声波清洗系统软件清理一些物件,但实验未获取得成功。在这个基础上,超声波清洗工艺在20世际50时代拥有非常大的发展趋势,那时候采用的超音波输出功率在20～40kHz中间。该区域内的超音波被使用在数千种不一样的工作中场所下,在其中很多是其他清理方式可以非常好发挥的场所。超音波可以对产品工件增加十分很大的动能,特别是在适用消除牢固地粘附在底材上的污渍。殊不知在某种情形下,超音波强劲的动能也会损害沾有污渍而特性敏感的底材原材料。过去的十几年中,超音波行业中出現了一些技术创新,提升了消除比较敏感底材上的废弃物的安全性能。在这段时间,超声波原理,尤其是中高频率超声波清洗技术性出现新的发展趋势,并变成领域的闪光点。近些年,大家发觉用兆声波频率(依据超音波的规律不一样,把40kHz以及下列的称之为基本或低频率超音波,把1000kHz以上的称之为高频率超音波,又被称为兆频超音波,通称兆声波频率)清理可以去祛除半导体器件表层上的极细污渍颗粒,而且不容易损害底材原料的表层。现阶段此项技术性早已获得了迅速的普及化。

1、超声波清洗的优点

1.1、清理效果非常的好

应用于工业清理的冲洗方法一般为人为清理、有机溶液清理、蒸气气相色谱清理、高压喷射清理和超声波清洗。超声波清洗被世界认可为是当今高效率最大、实际效果最佳的冲洗方法,其清理高效率做到了98%以上,清理洁净度等级也到达了最高级。而传统化的人力清理和有机溶液清理的清理高效率只是为60%～70%,即使是气相色谱清理和高压喷射清理的清理高效率也小于90%。无论产品工件样子多么的繁杂,将其放进清洁液内,只需是能触及到液态的地区,超音波的清洁功效都能做到。尤其是针对样子和构造繁琐、人力和其它清理方法不可以彻底合理地开展清理的产品工件,具备明显的清理实际效果。清理时液态内发生的汽泡十分匀称,产品工件的清理实际效果也十分理想化。超声波清洗可依据有机溶剂的不一样做到不一样的实际效果,如:去油、防锈处理或磷化处理。相互配合清洁剂的应用,加快污染物质的剥离和融解,可合理避免清洁液对产品的浸蚀。

1.2、清理低成本

在全部清理方法中,清理成本费大致为:机器设备成本费和耗费成本费。超声波清洗机器设备使用期限约为十年,机器设备购买成本费高过人力清理和有机化学碱性溶剂清洗,小于气相色谱清理和高压喷射清理,针对耗费成本费,以合理规格为600×400×350mm3,输出功率为1kW,价钱约为1万余元的超声波清洗器为例子,耗电量1kW·h约为0.5元;偏碱金属清洗剂1kg,价钱约为20元,可不断应用20～50h(依据环境污染水平而定),等同于0.4～1元/h,而一般产品工件清理時间仅为3～15min就可以,且一次清理可对一定总数及容积的产品工件与此同时清理,因而针对耗费成本费来讲,选用超声波清洗,不但清理实际效果最好是,并且清理成本费等同于不上0.04元/件,还算不上节约的人力资本成本费,远远地小于其它各种清理方式。

1.3、防止工作损害

过去在污浊的条件中根据复杂的体力活,必须长期地开展手工制作清理的繁杂机械零件,运用了超声波清洗器之后,不但改进了工作自然环境,避免了手工制作清理对产品工件造成的损害,缓解了劳动效率,并且在大幅度提高清理精密度的根基上,清理時间减少为以前的四分之一。超声波清洗还可合理地减少环境污染,降低有害有机溶剂对全人类的危害。

2、超声波清洗的基本原理

超音波是一种工作频率超过人们听觉范围20kHz以上的声波频率。超音波很像无线电波,能映射、对焦和反射面,殊不知和无线电波又不一样,无线电波可以在真空泵中随意散播,而超音波的散播要借助弹性介质。其散播时,使弹性介质中的颗粒震荡,并根据物质按超音波的散播方位传送动能,这类波可分成竖向波和横着波。在固态内,两者都可以传输,而在汽体和液态内,仅有竖向波可以传输。超音波可以造成质点震动,质点震动的瞬时速度与超声波工作频率的平方米正相关。因而,几十千HZ的超声波会造成很大的相互作用力,强超音波在溶液中传递时,因为非线性功效,会造成声空蚀。在空蚀汽泡忽然合闭时传出的震波可在其周边形成上百个大气压强,对污层的立即不断冲击性,一方面毁坏废弃物与清理件表层的吸咐,另一方面也会造成废弃物层的毁坏而摆脱清理件表层并使他们分散化到清洁液中。汽泡的震动也可以对固态表层开展清洗。汽泡还能“进入”缝隙中做震动,使废弃物掉下来。针对有植物油脂性废弃物,因为超声波空蚀功效,二种液态在页面快速分散化而破乳,当固态颗粒被油渍裹着而附着在清理件表层时,油被破乳,固态微粒即掉下来。空蚀汽泡在震动全过程时会使液态自身造成电场,即说白了声流。他可使震动汽泡表层存有很高的速率梯度方向和黏滞内应力,促进清理件表层废弃物的损坏和掉下来,超声波空蚀在固态和液态表层上所发生的快速微水射流可以去除或消弱界限污层,浸蚀固态表层,提升拌和功效,加快可溶废弃物的融解,加强有机化学清洁剂的清洁功效。除此之外,超声波震动在清洁液中造成质点非常大的震动速率和瞬时速度,亦使清理件表层的废弃物遭受经常而猛烈的冲击性。由以上超声清洗基本原理得知,只要是液态浸到空蚀发生的地区都是有清理功效,不会受到清理件表层繁杂样子的限定,如构件表层的空穴、凹形槽、双缝和浅孔、微孔板都能获得清理,而这种构件用一般清洗方式是不可以清理洁净的。

3、超声波清洗的首要机器设备

超声波清洗机器设备首要由产生器、超声波换能器和清理槽三部份构成。产生器即开关电源,造成电磁振荡数据信号并给予动能;超声波换能器即振板,是超声清洗的核心一部分,它把产生器造成的磁感应机械振动转化成超声波换能器自身的超声波震动,并传到拆洗槽中造成空蚀功效,通常放置槽底端;清理槽可以容下清洁液及待清理的产品工件。

4、危害超声波清洗实际效果的要素

4.1、超音波抗压强度

即企业总面积的超声波输出功率。超声清洗的作用优劣在于空蚀功效,但空蚀功效的发生与超音波抗压强度相关,在一般而言,在企业总面积超出0.3W超声波输出功率时(键入额定功率为1W)。超音波抗压强度越大,空蚀效果越显著,清理功效越好。此外,依据不一样的清理目标,挑选合理的超音波抗压强度,如清理线路板时超声波硬度可低些,清理机械零件时超声抗压强度可高些。

4.2、超声波频率

空蚀功效还与超声波频率相关,空蚀的造成存有着一个最少的临界值力度,即空蚀是伴随着工作频率的上升而减少的。现阶段超声波清洗器的输出功率依据清理目标,大概分成三个频率段:低频率超声清洗(20～50kHz)高频率超声清洗(50～200kHz)和MHz超声清洗(700～1000kHz)。低频率超声清洗适用大型部件表层或是废弃物和清理件表层融合強度高的场所;高频率超声清洗适用电子计算机、微电子元器件的细致清理。如硬盘、控制器、读写能力头、液晶面板及平面图显示屏微部件和打磨抛光金属产品等的清理;MHz超声清洗适用集成电路芯片、单晶硅片及塑料薄膜等的清理。

4.3、清理饱和溶液的挑选

清洁剂的挑选要从三个层面考虑到,一方面要从废弃物的类型来采用氧化作用效果非常的好的清洁剂;另一方面要挑选界面张力、蒸汽压及粘稠度适合的清洁剂。由于这种特点与超声波空蚀半径大小相关。液态的界面张力愈大不易造成空蚀,可是当声强级超出空蚀阀值时,空蚀泡奔溃释放出来的动能也大,有益于清理。高蒸汽压的液态会减少空蚀抗压强度,而液态的黏滞度大也不易造成空蚀,因而蒸汽压高和粘稠度大的清洁剂都不利超声清洗。

4.4、清理的溫度

清理溫度增高时,对空蚀的形成有益,可是水温过高汽泡中的蒸汽压扩大,空蚀抗压强度会减少,因此溫度的挑选要考虑到对空蚀抗压强度的危害也需要考虑到清洁液的化学水处理功效。每一种液态还有一空蚀活跃性的溫度,水较适合的气温是60℃上下,这时空蚀最活跃性。

4.5、驻波的危害

清理槽是受限空间,超音波由声源处向液位传递信息时,在液态和汽体的边界条件会反射面回家而产生驻波。驻波的特点是在液态室内空间的一些地区声强最少,而在此外一些地区声强较大,那样会导致清理不匀称的状况。要可以减少驻波的危害有时候清理槽特地制成不规律的样子以防止驻波的产生。有时候在超声波开关电源层面采用频偏的方法,使声强最高处不固定不动在一个地区,反而是不停地挪动以做到较匀称的清理。

5、超声波清洗的运用

因为超声波清洗自身兼具各种物理学清理或化学水处理无法比拟的优势,因而广泛运用于日常日常生活、电子行业、制药业工业生产、试验室、机械业、金属材料工业生产、化工等许多行业。

5.1、日常日常生活

日常日常生活,近视眼镜、饰品都能够用超音波开展清理,速度更快,没有受损的。酒店、餐馆与家庭日常清理厨具,不但清理效果非常的好,还具备消灭病毒的作用。

5.2、制药业工业生产

超声波清洗技术性通过诸多制药企业的使用而获得普遍应用,尤其是对西林瓶、口服液瓶、氨瓶、大输液瓶的清理及其对丁基橡胶塞、纯天然橡胶塞子的清理层面,早已获得毫无疑问。针对瓶类的清理,是用超声波清洗技术性替代原来的刷子机,通过旋转加水、超声清洗、里外清洗、气体烘干、旋转等步骤而完成。

5.3、电子工业

pcb电路板电焊焊接后,一般都是会多多少少地有助焊膏残余物附在基材上。这种残余物会对基材导致不好的危害(如短路故障、走电、浸蚀、接触不良现象等)。给电子器件加工制造业产生质量上的危害。选用超声波清洗技术性,可大幅度降低残余物的量,进一步提高洁净度等级。

5.4、金属材料领域

大家都知道,金属材料棒料经压挤成丝后,铁丝的外表通常有一层增碳膜和油,用酸清理或其他清理方式,难以让废弃物除去(特别是在全盘丝),超音波洗丝机是按照具体生产制造必须而制定的一种持续走丝,高效率清洗机械,粗洗一部分由清洁液储罐、超声波换能器、循环水泵、过滤装置及模块化管路系统软件构成,铁丝经超音波粗洗精细洗后,再通过烘干,进而实现全部清理全过程。全套机器设备一体化操纵,简约、便捷、效果非常的好,普遍使用于钽丝、灯丝、钼丝、铌丝、铜线(三防漆喷涂前)等铁丝。

5.5、高精密光学设备

光学设备的镜片表层常因切成片,碾磨等生产加工而导致表面被磨屑、油渍等环境污染,有的已渗透到表面外部经济机构内,用其他加工工艺擦拭比较难见效,但换用码宝效率高的超声波清洗,就可化难为易。

6、超声波清洗技术性的重大进展

超声波清洗技术性通过几十年来的基础理论研究和应用研究,不管在机器设备或是在加工工艺上均获得了很大的发展趋势,相关企业陆续产品研发了一大批新的商品,也官方出了一些先进人物的清理加工工艺。

6.1、高频率超声清洗

针对像单晶硅片表层小至零点1微米的超微主板废弃物颗粒,基本的超声波清洗机束手无策,即使提升功率也于事无补。近期发展趋势了一种兆赫兹级的高频率超声清洗技术性,因为工作频率高,空化效应已失灵,因而清理的核心并不是汽泡,是低频工作压力波的清洗功效,其对废弃物的污泥负荷贴近100%。高频率清理近期发展趋势较快,适用于集成电路工艺集成电路芯片上的废弃物清理,及其硅晶片、瓷器、光掩膜等特殊废弃物的清理。

6.2、对焦式清理

针对像纺织业的喷丝板、过滤装置这类微孔板东西的清理,基本的超声清洗实际效果十分不理想化,声强级达不上规定,而选用机械扫描对焦式超声清洗,喷丝板微孔板中的废弃物摆脱则十分显著。对焦式清理规定做到高的声强级,现阶段采用的工作频率以低频率为主导,常见20kHz和15kHz二种工作频率,某些的工作频率也是有28kHz的,其额定功率在持续波状况下一般为500～700W,空隙单脉冲运行状态下,输出功率能高一些。

6.3、多频清理

即在一只清理槽中,安裝有二种或三种以上不一样次数的超声波换能器,由多个产生器区分促进分别工作频率的超声波换能器。我们知道,清洗机输出功率高时,在溶液中空蚀程度低而空蚀密度大,而输出功率低时则反过来。低频率超音波的硬度高,对原料表层清理有益,高频率超音波空蚀强度高,震波能穿达凹形槽、缝隙、深孔等微小构造。与此同时缸中有多种多样速度的超音波,也摆脱了单频清理驻波场导致的清理不匀称问题。

6.4、频偏和跳频清理

频偏和跳频清理是为了更好地改进槽中的音场构造,前面一种解决了槽中的不匀称驻波场,使清理匀称。而跳频和双频一样兼具到高低频清理,不一样的是跳频用的是一个超声波换能器和一个产生器,其超声波换能器自身有两个串联谐振,在第一串联谐振点带宽十分内作持续的工作频率转变,随后跳到另一网络带宽内开展频偏清理,是高低频变化开展清理。

7、结语

超声波清洗具备普遍的主要用途和运用使用价值,坚信伴随着科技的不断发展,超声波清洗在清理行业终将获得迅速发展趋势,完成转型发展领域、奋发图强,服务项目于全球的远大抱负。

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