隨著超聲波清洗設備的應用范圍越來越廣泛,各種經過不斷完善和改進的新穎的設備正在取代已面市的老式設備。
近10年來,超聲波清洗機設備正在朝兩個方面發(fā)展。
其一是,各種類型的多缸或傳動鏈式或升降式超聲清洗生產線相繼面市;
其二是,低頻向高頻的發(fā)展。在美國、日本、歐洲以及亞太市場上,多缸式超聲波清洗設備總量已呈明顯上升之勢,高達總量的50%,而多工位半自動、全自動傳動鏈式或升降式超聲波清洗線體設備也已上升到總量的40%以上。
我國超聲波清洗技術的應用已經取得了較好的成效。一是機械零部件在電鍍前后的清洗或噴涂前的清洗,拆修零部件的清洗,要求高清洗度,如油泵油嘴偶件、軸承、制動器、燃油過濾器、閥門的清洗。
二是印制電路板、硅片、晶片、元器件殼、座、鐵路系統(tǒng)用的信號控制繼電器、元器件、連接件、顯像管以及電真空器件等的清洗。
三是眼鏡、顯微鏡、望遠鏡、瞄準具等光學系統(tǒng)及取樣玻璃片的清洗。四是醫(yī)用器具、食品、制藥、生化等試驗中所用各種瓶罐的清洗。五是噴絲頭、精密模具、精密橡膠件、珠寶工藝品等的清洗。
我國現(xiàn)有各類超聲波清洗設備制造企業(yè)上百家,但其分布主要集中在東南沿海地區(qū)。據統(tǒng)計資料,沿海地區(qū)的廠家占全國總數的85%,可見經濟發(fā)達地區(qū)對超聲波清洗技術的應用不但在先,而且廣泛,普及程度高,同時,這又證明超聲波清洗技術在中西部地區(qū)推廣普及的前景十分廣闊。就產品水平而言,當代產品與20世紀70—80年代的產品相比,技術進步也十分明顯。
近年來,由于對汽車制動器生產線、冰箱壓縮機生產線的傳統(tǒng)清洗工藝實行技術改造,擬采用超聲波清洗工藝。在國外汽車底盤架、轎車外殼噴涂前的超聲波清洗,配合清洗液,將除銹、去氧化膜及磷化一次清洗處理完成,烘干后即可噴漆等都有了新的應用和發(fā)展。
美國Dvpont公司在新澤西州制藥廠的應用報告稱:超聲波清洗能除去反應罐或化學處理桶殼表面的污物,比用普通方法節(jié)約能源,費用低且減少環(huán)境污染,清洗過程簡單,只要在溶器中灌滿水,加熱到65℃,并加入2%的表面活性劑,進行處理2—4h,即可清洗干凈。
歐洲的一些廠家曾清洗過9.1m3的罐,以前用甲醇加熱到沸點一次處理4—8h,總共要進行5次清洗才能達到要求,而且超聲波清洗只需要一次處理即能達到要求,既節(jié)省溶劑,提率,又減少環(huán)境污染。
設備主要具有機械效應 (如傳聲媒質的質點振動位移、速度、加速度、聲壓等力學量)、熱效應(聲波在傳播過程中其部分能量被媒質吸收變成熱能)和空腔效應。其中空腔效應是聲化學的應用理論基礎,也zui為重要。空腔效應由成核、微泡生長、空腔塌陷三步組成。
在反應體系中,液體內存在張力弱區(qū),即液體內溶有氣體或在塵埃的液固界面上存在氣體 — 作為氣核,在超聲波清洗機作用下,氣核膨脹長大,并為周圍的液體蒸氣或氣體充滿,由于內外壓力懸殊使空腔塌陷、破裂,把集中的聲場能量在極短的時間和極小的空間內釋放出來,使介質局部形成幾百到幾千K的高溫和超過數百個大氣壓的高壓環(huán)境,并產生出很大的沖擊力,起到激烈攪拌的作用,同時生成大量微泡。它們又作為新的氣核,使該循環(huán)繼續(xù)下去,這就是空腔效應。
二十世紀六十年代,自超聲波清洗機技術問世以來,科學家們發(fā)現(xiàn):一定頻率范圍內的超聲波清洗機,作用于液體介質里,可以達到清洗的作用。
經過一段時間的研究和試驗,不僅得到了滿意的效果,而且發(fā)現(xiàn)其清洗效率*,由此超聲波清洗機清洗機被逐漸運用于各行各業(yè)中去。
在應用初期,由于電子工業(yè)的限制,超聲波清洗機清洗設備電源的體積比較龐大,穩(wěn)定性及使用壽命不太理想,價格昂貴,一般的工礦企業(yè)難以承受,但其出色的清洗效率及效果,仍然讓部分實力雄厚的國有企業(yè)一見傾心。
隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展,新一代的電子元器件層出不窮,應用新的電子線路以及新的電子元器件,電源的穩(wěn)定性及使用壽命進一步的提高,體積減小,價格逐漸降低。二十世紀八十年代末,第三代電源問世,既逆變電源,應用IGBT元件。新的電源具有體積小,可靠性高,壽命長等特點,清洗效率得以進一步提高,而價格也降到了大部分企業(yè)可以接受的程度。
當然并不是液體中所有的氣核都能產生空腔效應,只有當外加的頻率與氣核的固有頻率相同時,空腔效應才能發(fā)生。同時也受到其它如聲波的強度、液體介質的溫度以及介質的蒸汽壓等的影響。誘導產生空腔效應的頻率以20kHz~80kHzzui為適當。
過高的頻率不易產生空腔效應,即使產生也需要大量的能量,而且其中大部分能量被轉化為熱能,使介質溫度明顯提高。
低強度超聲波清洗機的應用不會引起介質的任何狀態(tài)變化,只有高強度超聲波清洗機的應用才可能對介質有強烈的影響,引發(fā)空腔效應。對大多數化學反應來說,反應速度均隨聲強的增加而增加。但是,超聲波清洗機強度的作用受介質溫度的影響極大。研究表明,隨著液體溫度的提高,聲強的影響明顯下降,在50℃水中發(fā)生的空腔效應zui大。