战舰世界 同步失败:电镀.加速

超声是指频率高于20kHz的声音，人耳一般听不见。由于历史原因和工作特点，少数频率低于20kHz的声波的应用也包括在超声应用范围。按照习惯划分，超声在国防和国民经济各个部门的应用可分为两大类，一类是用较弱的超声来采集信息，例如超声无损探伤及超声诊断(如B超)；另一类是用较强的超声，利用它的能量来改变材料的状态或性能，例如超声清洗，超声粉碎固体等等，这类应用需要产生大功率的超声，我们简称为功率超声。功率超声在工业、农业、医疗卫生和环境保护等国民经济各个部门以及国防工业中已得到广泛的应用。除上面提到的超声清洗和粉碎外，还有超声雾化、乳化、匀化、提取和凝聚；超声电镀、搪锡、浸渍、过滤和加速干燥；超声焊接，超声加工和超声研磨、抛光；超声治疗和超声外科术等。近年来功率超声又发展了许多新技术，例如超声“帮助”金属成形(如冷拔金属丝)，超声振动切削，超声疲劳测试，超声悬浮，超声马达和声化学。声化学(Sonochemistry)是近十年来发展最为迅速的新交叉学科，已有一些工业应用。有人预测它可能给化工生产带来变革性的变化。

　　清洗人人都接触到，似乎是极普通而平凡的工作，但是对一些特殊清洗对象就不是一件容易的事。超声由于它在液体中的空化作用能获得突出的清洗效果，在一些清洗难度大而质量要求高的场合具有独特的地位。

　　换能器将超声频电能转换成机械振动并通过清洗槽壁向盛在槽中的清洗液辐射超声波。存在于液体中的微气泡(称为空化核)在声波的作用下振动，当声压或声强达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合。在气泡闭合时，产生冲击波，在气泡周围产生1012～1013Pa的压力及局部高温，这种物理现象称为超声空化。空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使它们分散于溶液中。蒸汽型空化对污垢层的直接反复冲击，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的疲劳破坏而脱离。气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡还能“钻入”裂缝作振动，使污层脱落。由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子自行脱落。超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，冲击清洗件，同时由于非线性效应会产生声流和微声流，而超声空化在固体和液体界面上会产生高速的微射流，所有这些作用能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。由引可见，凡是液体能浸到、声场存在的地方都有清洗作用，而且清洗速度快、质量高，特别适用于清洗件表面形状复杂，如空穴、狭缝等的细致清洗，易于实现清洗自动化。在某些场合下可以用水剂代替有机溶剂进行清洗，或降低酸碱的浓度，对于一些有损人体健康的清洗，如清洗放射性污物可以实现遥控或自动化清洗。超声清洗也有其局限性，例如对声反射强的材料如金属、陶瓷和玻璃等清洗效果好，而对声吸收大的材料如布料、橡胶以及粘度大的污物清洗效果差。

　　超声清洗始于本世纪50年代初，随着技术的进步应用日益扩大。目前已广泛地用于电子电器工业，清洗半导体器件、电子管零件、印刷电路、继电器、开关和滤波器等；机械工业中用于清洗齿轮、轴承、油泵油嘴偶件、燃油过滤器、阀门及其它机械零件，大如发动机及导弹部件，小如手表零件；在光学和医疗器械方面用于清洗各种透镜、眼镜及框、医用玻璃器皿、针管和手术器具等；轻纺工业中用来清洗喷丝头，食品瓶、盖，模具及雕刻工艺品等等。

　　上面所举的超声清洗例子，一般都用20～40kHz的低频超声，近年来美国发展了一种称为Megasonic cleaning的技术，即用1MHz高频超声来清洗大规模集成电路，能除去小于1μm的污物，此时清洗的机理不是超声空化，而主要是粒子的振速及声流。90年代美国Crest公司声称他们发明用68kHz的超声清洗软盘驱动器，效率比用40kHz高一倍。?

　　我国超声清洗在下面几个方面取得较有成效的应用：

　　1)机械零部件在电镀前后的清洗或喷涂前的清洗，拆修零件的清洗。要求高清洁度如油泵油嘴偶件、轴承的清洗。

　　2)印刷电路板、硅片、铁路系统用的信号控制继电器、元器件、显像管及电真空器件等的清洗。

　　3)显微镜、望远镜等光学系统及取样玻璃片的清洗。

　　4)医用器具如口腔和外科器械的清洗，药瓶及某些食品瓶、配药室、生物化学实验室中所用瓶罐的清洗。

　　5)喷丝头、眼镜架、模具、雕刻工艺品等的清洗。

　　最近发展起来的汽车底盘架的超声清洗，配合专用清洗液，将除锈、去氧化膜及磷化一次清洗处理完成，烘干后即可喷漆，克服过去人工擦锈、强酸清洗工艺的特点，既改善劳动条件又减少环境污染。

　　超声清洗设备有两大类：一类是以水溶液作为清洗剂的设备，这类设备包括超声频电功率源，超声换能器及相应的超声容器和电加热器；一种是单槽式的，另一种是多槽(多工位)连续清洗设备，时常带有定时及自动输送装置。另一类是以挥发性有机溶液，如三氯乙烯、三氯乙烷和氟里昂等作为清洗剂，这类设备除了上述各组成部分外，还需要有冷凝循环、油水分离及过滤回收有机溶液的附加设备。目前国内外主要生产和开发各种专用清洗设备、在线生产的成套设备。也生产台式、小巧的清洗设备，如医用清洗器及小型的首饰眼镜家用清洗器。

　　超声频率一般在20～50kHz，小型设备的电功率只有几天，大型成套设备达几十千瓦到上百千瓦。超声换能器50～60年代大多采用磁致伸缩换能器，目前大多采用高效率的压电换能器；超声频电功率源过去用电子管器件，目前已被淘汰而采用固态器件，用这种器件制作的设备效率高而体积小，利用组合结构，功率可以做得很大，为大功率超声的扩大应用创造了良好的条件。

　　美国生产超声清洗设备的公司大约有40多家，比较有名的约有10家，西欧国家生产清洗设备的主要是英、法、德及瑞士等国。我国超声清洗设备的主要厂商约有10家，小规模个体公司不计其数。

　　国外厂商很注重化学清洗剂的配套供应及清洗工艺的咨询服务，而这正是国内大多数厂商最欠缺的，国内厂商主要考虑超声清洗设备的生产，很少有专门的部门从事清洗剂的研制以适应不同清洗对象的需要。如果能将超声清洗设备和化学清洗剂很好地结合起来定会取得更好的效果，因为超声清洗的主要物理机制是超声的空化现象，而空化强度除与超声功率密度、频率等有关外，还与清洗液的粘滞系数、表面张力、蒸汽压和温度等参数有关。目前从环境保护角度要求以水基清洗剂代替有机溶剂进行超声清洗，而国内许多厂家尚未能适应这种挑战，还需要多方面的合作开发。