超聲波清洗技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀

辛宏偉+丁羽+李慶凱

摘 要：文章概述了超聲波清洗技術(shù)的發(fā)展歷史，詳細(xì)介紹了超聲波清洗技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并且對(duì)超聲波清洗的多種新技術(shù)進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上對(duì)超聲波清洗技術(shù)的未來(lái)進(jìn)行了展望。通過(guò)文章的分析，希望可以對(duì)超聲波清洗技術(shù)的發(fā)展獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。

關(guān)鍵詞：超聲波清洗；發(fā)展歷史；研究現(xiàn)狀；展望

1 超聲波清洗技術(shù)的發(fā)展歷史

1.1 超聲波清洗技術(shù)的起源

超聲波清洗被稱為“無(wú)刷清洗”，原理是由超聲波在水中產(chǎn)生足夠的能量，讓水內(nèi)部發(fā)生“空化效應(yīng)”，使得需清洗物體表面的污染物快速脫離。超聲波清洗的適用范圍很廣，重的金屬部件、輕的微小芯片都可以清洗的很好。超聲波清洗最早被應(yīng)用于上世紀(jì)五十年代，清洗領(lǐng)域有電子領(lǐng)域、光學(xué)領(lǐng)域、醫(yī)藥領(lǐng)域等。

日本專家柴野佳英經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)最終認(rèn)定起到清洗作用的是真空的氣穴，推翻了傳統(tǒng)認(rèn)為的超聲波的疏密波起到清洗作用。1987年柴野佳英發(fā)表了超聲波清洗的理論，并且根據(jù)這一理論制作了先進(jìn)的超聲波清洗裝備，在行業(yè)內(nèi)引起了巨大反響并得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，其制作的設(shè)備因性能優(yōu)越占據(jù)廣泛市場(chǎng)。

1.2 國(guó)內(nèi)外超聲波清洗技術(shù)研究概況

我國(guó)的超聲波清洗技術(shù)方面研究相對(duì)較早，超聲波清洗技術(shù)在我國(guó)發(fā)展非常快速，超聲波清洗機(jī)以其優(yōu)越的性能在市場(chǎng)上也得到了越來(lái)越多的用戶的青睞：（1）機(jī)械和工業(yè)領(lǐng)域有金屬元件噴涂、機(jī)械損壞元件替換時(shí)應(yīng)該清洗。（2）樹脂鏡片、照相機(jī)鏡頭、濾光片等高級(jí)光學(xué)鏡片需要清洗。（3）醫(yī)療器械、高級(jí)實(shí)驗(yàn)器材、食品加工制造器械需要清洗。（4）黃金首飾、貴重?cái)[件、高級(jí)家居飾品等需要清洗。

國(guó)外超聲波清洗設(shè)備種類繁多，超聲波清洗設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，各種超聲波清洗設(shè)備不斷推陳出新。高頻超聲波清洗技術(shù)在國(guó)外超聲波清洗設(shè)備中所占比重非常大。例如美國(guó)的Verteq、Imtec、ProSys 公司研制的高頻超聲波清洗機(jī)用來(lái)清洗微小芯片，其清洗機(jī)可以把0.15納米的污染物清洗掉，還可以防止污染物再次污染。

2 超聲波清洗技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 兆赫級(jí)超聲清洗

兆赫級(jí)超聲清洗這種高頻清洗方式的清洗原理是利用聲壓梯度等效應(yīng)，不是傳統(tǒng)的利用“超聲空化效應(yīng)”來(lái)實(shí)現(xiàn)清洗目的。其工作頻率為0.7MHZ到1MHZ的高頻，工作時(shí)基本不會(huì)發(fā)生超聲波“空化效應(yīng)”。高頻超聲波清洗不會(huì)因“空化效應(yīng)”產(chǎn)生強(qiáng)大的清洗力，因此其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)類似集成芯片這樣體積小、容易受損的物件既能清洗的很好也能很好的保護(hù)器件，從而在電子元件清洗領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。

2.2 聚焦式清洗

聚焦式清洗是可以在局部區(qū)域發(fā)生高強(qiáng)度的超聲波，工作頻率有15K、20K、28K。聚焦式清洗方式可以彌補(bǔ)普通超聲波清洗方式由于超聲波能量不夠而引起的清洗不徹底，比如紡織領(lǐng)域的過(guò)濾器等微控器材的清洗對(duì)于普通超聲波清洗則效果不好，而聚焦式清洗方式可以清洗的很好。

2.3 多頻清洗

多頻清洗是由多種頻率的換能器同時(shí)發(fā)生不同頻率的超聲波來(lái)清洗物件。不同的超聲波頻率對(duì)物件的清洗效果是不一樣的，低頻可以對(duì)物件表面清洗的很好，而高頻則對(duì)物件細(xì)小部位的清洗效果很好，因此高低頻配合可以使物件整體清洗的很好。多頻清洗還可以解決因單個(gè)頻率的超聲波產(chǎn)生對(duì)“駐波聲場(chǎng)”的影響，使得物件的清洗不夠均勻。

2.4 掃頻和跳頻清洗

掃頻和跳頻清洗二者都有改善超聲波清洗容器內(nèi)超聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，掃頻可以改善清洗容器內(nèi)的駐波場(chǎng)，使物件清洗的很好。跳頻和多頻都可以根據(jù)實(shí)際情況選擇高低頻。不一樣的是跳頻是一種換能器有兩種頻率，根據(jù)需要選擇發(fā)生那種頻率。低頻超聲波清洗物件表面的污染物，高頻超聲波清洗內(nèi)部細(xì)小的污染物，配合清洗使物件清洗干凈。

2.5超聲振動(dòng)清洗

超聲振動(dòng)清洗是超聲波通過(guò)變幅桿和振動(dòng)頭傳送到需要清洗的物件上，最后由于高速振動(dòng)物件表面污染物脫落實(shí)現(xiàn)好的清洗效果。這種超聲波清洗的新方法和普通超聲波清洗方法不同的是超聲振動(dòng)清洗不需要清洗液，以及其僅適合部分物件的清洗。

2.6 多槽式全自動(dòng)聯(lián)合清洗

多槽式全自動(dòng)聯(lián)合清洗是多槽聯(lián)合智能控制的功能全面、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高綜合效率的智能設(shè)備。它可以對(duì)放入清洗槽內(nèi)的不同大小、不同材料、不同形狀、不同污染程度的物件根據(jù)其不同情況，不同方位發(fā)生對(duì)應(yīng)的頻率、功率等超聲波，最終實(shí)現(xiàn)用最少的成本達(dá)到最佳的清洗效果。

3 超聲波清洗技術(shù)的發(fā)展方向

超聲波清洗有其他清洗方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，再加上我國(guó)科技實(shí)力的不斷加強(qiáng)，我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷完善，國(guó)際間的技術(shù)交流日益密切，這些為超聲波清洗行業(yè)帶來(lái)了強(qiáng)大的動(dòng)力。超聲波清洗運(yùn)用也會(huì)越來(lái)越廣泛，由以前運(yùn)用于清洗機(jī)械工件、電子元件等少數(shù)領(lǐng)域，發(fā)展到以后清洗化工領(lǐng)域、國(guó)防領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、首飾加工領(lǐng)域、飛機(jī)工業(yè)領(lǐng)域、食品清洗領(lǐng)域、餐具清洗領(lǐng)域、按摩洗浴領(lǐng)域等廣范圍的軍事、工業(yè)、民用領(lǐng)域。

超聲波清洗技術(shù)在清洗領(lǐng)域是新興的清洗技術(shù)，過(guò)去對(duì)人們的生活的提高、工業(yè)生產(chǎn)效益的提高做了很大的貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在伴隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的更加繁榮，超聲波清洗技術(shù)作為一種優(yōu)越的清洗技術(shù)在使用范圍上一定會(huì)越來(lái)越廣，可以想到在不遠(yuǎn)的未來(lái)，我國(guó)的超聲波清洗技術(shù)將會(huì)迎來(lái)一個(gè)黃金發(fā)展期，為我國(guó)在工業(yè)上提高清洗效率、降低生產(chǎn)成本，在環(huán)境保護(hù)上節(jié)能減排。

4 結(jié)束語(yǔ)

超聲波清洗技術(shù)和其他清洗技術(shù)相比有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，超聲波清洗技術(shù)的發(fā)展依賴眾多學(xué)科，超聲波清洗要想更加節(jié)省能源、更加降低清洗成本、更加高效潔凈清洗，還需要多學(xué)科地不斷創(chuàng)新和改革完善。隨著人們生活質(zhì)量要求的提高和科技飛速的發(fā)展，超聲波清洗技術(shù)有豐厚的研究?jī)r(jià)值和回報(bào)。我們堅(jiān)信超聲波清洗技術(shù)一定會(huì)向更好更完善的方向發(fā)展，超聲波清洗行業(yè)一定會(huì)更加繁榮。

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作者簡(jiǎn)介：辛宏偉，單位：塔里木大學(xué) 機(jī)械電氣化工程學(xué)院，碩士研究生，主要研究方向：新型超聲波清洗機(jī)的研制。