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    清洗技術

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    超聲波原理

    利用高于20KHz的超聲波電能通過換能器轉換成高頻機械振蕩而轉入到清洗液中。超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射,使液體流動而產生數以萬計的微小氣泡,這些氣泡在超聲波縱向傳播中在負壓區形成、生長,而在正壓區迅速閉合(熄滅),這種微小氣泡的形成、生長、迅速閉合稱為空化現象。在空化現象中氣泡閉合時,形成超過1000個大氣壓的瞬時高壓,連續不斷產生的瞬時高壓就象一連串小“爆炸”不斷地沖擊物體表面,使物體表面及縫隙中的污垢迅速剝落,從而達到清洗的目的。這種空化侵蝕作用就是超聲波清洗的基本原理。 當超聲波在介質中傳播時,由于超聲波與介質的相互作用,使介質發生物理和或化學的變化,從而產生一系列力學、熱、電磁和化學的超聲效應,包括以下4種效應:
    ① 機械效應:超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質中形成駐波時,懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節處,在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時,由于超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化(即電介質物理學所說的磁致伸縮)。
    ② 空化作用:超聲波作用于液體時可產生大量小氣泡。一個原因是液體內局部出現拉應力而形成負壓,壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和,而從液體逸出,成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞,稱為空化。空洞內為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體,甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質的振動而不斷運動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產生高溫、高壓,同時產生激波。與空化作用相伴隨的內摩擦可形成電荷,并在氣泡內因放電而產生發光現象。在液體中進行超聲處理的技術大多與空化作用有關。
    ③ 熱效應:由于超聲波頻率高,能量大,被介質吸收時和產生振動或摩擦時能產生顯著的熱效應。
    ④ 化學效應:超聲波的作用可促使發生或加速某些化學反應。例如純的蒸餾水經超聲處理后產生過氧化氫;溶有氮氣的水經超聲處理后產生亞硝酸;染料的水溶液經超聲處理后會變色或退色。這些現象的發生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質的水溶液經超聲處理后,特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收,這表明空化作用使分子結構發生了改變 。 超聲波清洗效果及相關參數:
       a.清洗介質:
    采用超聲波清洗,一般有兩類清洗劑:有機清洗劑(即化學溶劑)和水基清洗劑。清洗介質是化學作用,而超聲波清洗是物理作用,兩種作用相結合,以對物體進行充分、徹底的清洗。
       b.功率密度:
    超聲波的功率密度越高,空化效果越強,速度越快,清洗效果越好。單對于精密的、表面光潔度甚高的物體,采用長時間的高功率密度清洗會對物體表面產生“空化”腐蝕。  
    c.超聲波頻率:
    超聲波頻率越低,在液體中產生空化越容易,作用也越強。頻率高則超聲波方向性強,適合于精細的物體清洗。  d.清洗環境:
    一般來說,超聲波在30℃~40℃時空化效果最好。清洗劑則溫度越高,作用越顯著。通常實際應用超聲波清洗時,采用30℃~60℃的工作溫度。



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