2013-04-28
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超聲清洗技術(shù)的研究和應用，我國始于50年代，幾乎與國外同步進行。20世紀80年代以前發(fā)展比較緩慢，80年代以后，特別是改革開放以來，這一新技術(shù)得到很快的發(fā)展。已經(jīng)廣泛地應用于電子電器工業(yè)，光學光電工業(yè)，鐘表首飾工業(yè)，化工和紡織工業(yè)，汽車摩托車工業(yè)，機械工業(yè)，金屬制品工業(yè)，原子能和航天航空工業(yè)，造船工業(yè)，制藥工業(yè)和醫(yī)療器械等的清洗。超聲清洗設備已由單缸標準機型向多缸，成套，專用和半自動及自動化超聲清洗設備發(fā)展。為適應不同清洗對象，工作頻率除已有的低頻（40KHz以下）超聲清洗外，還發(fā)展了高頻（60~200KHz以上）超聲清洗及多頻率同時工作的超聲清洗設備。超聲頻電源（又稱超聲波發(fā)生器）在20世紀80年代國際上普遍采用自激式D類晶體管開關(guān)功率放大器，線路比較簡單，具有頻率跟蹤功能，通過多路合成，容易得到大功率的超聲發(fā)生器，但在國內(nèi)使用時曾用龐大的鐵芯變壓器降壓，甚為笨重。21世紀以來，逐漸采用他激式開關(guān)電源，采用脈寬調(diào)制方式，輸出功率可調(diào)。由于采用高壓，大電流的IGBT器件或MOS模塊，大功率的超聲頻電源體積較小，可靠性進一步提高，控制電路采用數(shù)字技術(shù)可以得到性能優(yōu)越，運行更可靠，可以遙控的超聲頻電源。
近年來瑞士MPI公司推出一種新型的超聲發(fā)生器，稱之為MMM（Multi-frequency,Multimode,Modulated）發(fā)生器。指的是多頻，多模調(diào)制發(fā)生器。它不僅能夠解決復雜結(jié)構(gòu)機械負載系統(tǒng)的驅(qū)動，而且對液體處理設備，如超聲清洗及聲化學反應設備的驅(qū)動更具有突出的優(yōu)點。傳統(tǒng)的超聲清洗系統(tǒng)一般是采用固定頻率驅(qū)動，不考慮清洗槽形狀，液面高低，液體溫度及被清洗件等對換能器最佳工作頻率的影響。這樣會降低空化強度及可能產(chǎn)生駐波而降低清洗效果。MMM來技術(shù)是用一種專門的反饋系統(tǒng)產(chǎn)生一種最佳而復雜的驅(qū)動信號以適應負載的變化，即用先進的數(shù)字信號來處理技術(shù)監(jiān)控換能器對負載變化的響應，用實時反來饋環(huán)產(chǎn)生復雜的多模調(diào)制驅(qū)動信號以激勵機械負載（如換能器清洗缸系統(tǒng)）的諧波以產(chǎn)生一種寬頻的多頻聲場（由次聲到兆赫聲），因此能產(chǎn)生尺寸范圍很寬而較大密度的空化泡，這對于超聲清洗及聲化學反應是很有利的。
超聲清洗設備用的換能器，國內(nèi)外普遍采用壓電換能器。我國自主創(chuàng)新的半穿孔結(jié)構(gòu)寬頻帶壓電換能器，生產(chǎn)實踐表明，性能優(yōu)于國外產(chǎn)品。其優(yōu)點是頻帶寬，效率高，尤其是換能器的頻率較高或其輻射面積較時大能減小橫向振動，提高輻射效率，提高工作穩(wěn)定性。為適應多頻清洗，國內(nèi)也開始生產(chǎn)雙頻或多頻換能器，并用于超聲清洗設備。20世紀末國外發(fā)展了管狀和棒狀換能器，其輻射面積大，效率高，使用壽命長，便于清洗管道及筒狀容器。國內(nèi)雖有產(chǎn)品，但尚未大量應用。在高聲強清洗方面我國發(fā)展了一種聚能于長方形輻射面的高聲強清洗器，用于清洗噴絲板、鋼帶、鋼絲及一些難以清洗的工件。另一種聚能的棒狀換能器可用于清洗油泵油嘴及深螺紋孔的清洗等等。
微電子工業(yè)生產(chǎn)過程中，要求清洗掉亞微米級以下的污物而不損壞器件，由此國外發(fā)展了兆赫級的超聲清洗設備和噴淋式兆聲清洗設備。
關(guān)于清洗劑，它大致可分為水系、半水系和非水系三大類。精密工業(yè)清洗以前最普遍使用的有機溶劑是CFC-113和TCA，因為它們的化學穩(wěn)定性好，對大多數(shù)金屬、漆類及塑料等不起作用，不會溶解；沒有閃點，毒性低，滲透力強，使用安全；其沸點低，蒸發(fā)快，清洗后工件不必烘干，曾被廣泛應用。
但是它屬于ODS物質(zhì)，會破壞臭氧層，已不能使用。因此世界各國都在開發(fā)各種替代產(chǎn)品，如日本目前廣泛使用的溶劑是碳氫溶劑。碳氫溶劑具有許多優(yōu)點：1）清洗性能好。碳氫溶劑清洗潤滑油，防銹油和機加工油等礦物油的效果要比用鹵代烴和水基清洗劑好。2）材料相容性好。碳氫溶劑中不含水分和氯、硫等腐蝕物，不會腐蝕和銹蝕各種金屬材料；對大部分塑料和橡膠沒有溶解、溶脹和脆化作用。3）蒸發(fā)損失小。因其沸點一般在150攝氏度以上，所以在保管和使用過程中損失比較小。4）能夠徹底揮發(fā)，沒有殘跡。它是一種很純凈的溶劑，在常溫或加溫狀態(tài)下可完全揮發(fā)，不會有殘留物。5）無毒。碳氫溶劑與人體接觸均為低毒，不屬于致癌物質(zhì)。6）碳氫溶劑中不含氯，不破壞臭氧層，可以自然降解，其清洗廢液可以放入爐中焚燒，焚燒的生成物主要是二氧化碳和水，對空氣沒有污染。7）價格低廉。普通碳氫溶劑的價格相當于CFC-113價格的一半，比某些ODS替代品的價格更低，同時由于碳氫溶劑的密度約為0.75，比鹵代烴溶劑的密度低許多，所以在同一容積的清洗槽中其加入量僅為鹵代烴清洗劑的一半左右。
碳氫溶劑的缺點是沸點高（150~190攝氏度）而閃點低（50~70攝氏度）。沸點高會使清洗后工件的干燥速度大為降低，難于蒸餾再生；而較低的閃點需要在清洗、干燥和蒸餾再生中采取防火措施。為克服這些缺點，更好的利用這種性能優(yōu)越而價廉的碳氫溶劑，必須改進工藝設備，一種好的方案是采用真空技術(shù)。采用了真空技術(shù)，可以使碳氫溶劑能夠真空蒸餾再生重復使用。利用清洗劑與污垢之間的沸點差，將溶有油污的清洗劑加熱到清洗劑的沸點以上，而控制在油污的沸點以下，這樣使清洗溶劑氣化，然后通過冷卻，使之重新凝結(jié)成純凈的清洗溶劑，而沸點較高的油污和機械雜質(zhì)則留在蒸餾罐底部。由于碳氫溶劑的沸點高，必須在較高的真空度環(huán)境下使其沸點降低到80攝氏度，然后在真空中加熱蒸發(fā)，再經(jīng)過冷凝回收。
在真空狀態(tài)下進行清洗、干燥和蒸餾再生過程中，由于含氧量很低，雖然溫度達到或超過碳氫溶劑的閃點也不會燃燒，保證了使用的安全。由此可見，采用了真空技術(shù)后能夠克服碳氫溶劑存在的缺點。雖然設備的投資加大，但從長遠看，碳氫溶劑便宜且消耗量少，是今后的發(fā)展方向。這種超聲清洗設備國內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)，并且部分產(chǎn)品已經(jīng)出口。
超聲清洗設備一般是非標準專用設備，要根據(jù)用戶的不同要求進行設計和生產(chǎn)。在國外生產(chǎn)成本比較高，國內(nèi)產(chǎn)品如果能提高質(zhì)量是具有竟爭力的。目前超聲清洗設備存在的主要問題是沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準。一些企業(yè)投資少，加工手段簡陋，產(chǎn)品質(zhì)量差，常常在原材料、器件和超聲功率等方面做文章，以低價銷售，擾亂了市場。在超精密清洗方面，如微電子器件在生產(chǎn)過程中的清洗，要求能清洗掉納米級的污物，這必須在超級凈化環(huán)境中進行，需要用超高純度的清洗劑并用沒兆赫超聲清洗。這方面的清洗設備目前我國企業(yè)尚有能夠提供，而基本依賴進口