小型超聲波清洗機

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超聲波清洗的有效范圍

發布日期:2021-06-13 作者: 點擊:

【上海超音波清洗機】超聲波清洗的有效范圍

近10年來,超聲波清洗設備正在朝兩個方面發展。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,低頻超聲波清洗機向高頻超聲波清洗機的發展。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。

上海超音波清洗機

    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、瞄準具等光學系統及取樣玻璃片的清洗。四是醫用器具、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。

    我國現有各類超聲波清洗設備制造企業近40家,但其分布主要集中在東南沿海地區。據統計資料,沿海地區的廠家占全國總數的85%,可見經濟發達地區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,配合專用清洗液,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展。

    美國Advanced Sonic Proctssing Svstems公司,推出一系列大量清洗煤或貴金屬礦物的設備,例如清洗金屬顆粒礦物質表面的泥土、膠體類物質,使化學劑發揮更好的作用;洗煤粉除灰去硫等,處理率為每小時十幾噸。

    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,比用普通方法節約能源,費用低且減少環境污染,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,既節省溶劑,提高效率,又減少環境污染。

    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超聲波清洗設備正在取代已面市的老式設備。

    兆赫超聲波清洗技術是指采用頻率700KHz—2MHz的超聲波進行清洗。清洗系統一般由壓電換能器陳列、清洗容器和清洗液、高頻電功率發生器及控制電路等組成,對于某些特定的清洗對象,有時還配有熱空氣烘干、專用清洗架(籃)及清洗液的過濾循環系統。

    兆赫超聲波清洗技術的主要特點,一是避免了高光潔度物體的表面損傷;二是可除去附著在表面的亞微米大小的顆粒;三是浸入液體中,面向換能器的一面能被洗凈,所以要進行兩面清洗。

    目前,國外市場上已有商用的兆赫超聲波清洗設備。美國Verteq、Imtec、ProSys公司已開發出這類設備用于半導體生產線上,在對100—300mm硅片的清洗中,可除去硅片表面上小到0.15μm的微小顆粒,而且可加快漂洗過程并有效地阻止粒子在硅片表面上重新附著。兆赫超聲波清洗是國外許多大規模集成電路制造廠家生產過程中不可缺少的標準設備。

超聲波的作用原理

    超聲波清洗的原理,在理論要加以闡述是比較復雜的,里面牽涉許多因素和作用,可以體現超聲波清洗作用的主要有以下三點。

    (1)空穴作用

    當強力的超聲波輻射到液體中,清洗液以靜壓(一個標準氣壓)為中心進行變化,在壓力到零氣壓以下時,溶解在液體中的氧會形成微小氣泡核,進而產生無數近似真空的微小空洞(空穴)。超聲波的正壓力時的微小空洞,在絕熱壓縮狀態被擠碎,這個發生在擠碎瞬間的強力沖擊波,可直接破壞污染物并使之分散在液中,形成清洗機理。試驗中這種強力的清洗作用,能在數十秒內對鋁箔侵蝕成無數的小孔。

    利用空穴作用的清洗,對去油污的效果比較好,通常在28KHZ~50KHZ的頻率內進行機械另部件的清洗,清洗機的超聲波強度大多設定在0.5~1w/cm2。

    (2)加速度

    清洗液體經超聲波輻射,液體分子發生振動,這種振動加速度在28KHZ時是重力加速度的103倍,在950KHZ時將達到105倍,由這個強力加速度可以對受污物的表面實行剝離清洗。然而,950KHZ的超聲波不產生空穴,不適應去油污的清洗,只能在電子工業的半導體制造中,對亞微米粒子的污染進行清洗。

    (3)物理化學反應的促進作用

    由空穴作用使液體局部發生高溫高壓(1000氣壓,5500℃),再經振動產生的攪拌,促使化學或物理作用的相乘,液體不斷地乳化分散,進一步促進化學反應的速率。

清洗液深度的確定

    液體中的超聲波會因行波、回波的相互干擾及強合結果,將形成“駐波”現象,(見圖1)。確定產生駐波的液體深度,能得到最好的超聲波輻射效果。產生駐波的液體深度,可用下面公式計算。





    液深(λ/2)=聲速/頻率÷2

    這個液體深度的正倍數數值,也是最適合的深度,例在20℃水溫,28K1c時液深為27mm、54mm、81mm等等,38KHZ時液深為21mm、42mm、63mm等,但是,不同的液體、液溫及超聲振蕩器,其駐波發生情況是不同的。參見表1。


表 1 駐波的產生情況比較


清洗液 聲 速 λ/2  

水 20℃ 1483mm  27mm 

氟里昂 20℃ 717mm 13mm  

IPA 20℃ 1168mm 21mm 

酸堿清洗劑 20℃ 1483mm 27mm 



超聲波產生方式和清洗條件的設定

    超聲波的產生方式由表2表示,可按不同的清洗目的加以選擇,目前常用的是能進行強力清洗的連續振蕩方式。頻率調制和多頻率的方式,清洗時清洗不均現象較多,對污染嚴重物體的清洗不太適應。


表 2 超聲波的產生方式


方  式 內  容 特  征 

連續振蕩 振幅及頻率是固定的 可強力清洗。由駐波作用使清洗不均,應增加搖動,達到清洗均勻性。 

加寬調制 振幅變化 有良好的脫氣效果,對不同物體清洗性好,噪聲大。 

頻率調制(FM振蕩) 振蕩頻率實行數千赫的變化 能均勻地清洗。清洗效率差,平均輸出功率低。 

同時多頻率 多種頻率同時發生 形成均衡的聲場,清洗均勻,不易得到強力的超聲波。 

多頻率交替 每一種頻率發生復數個頻率 清洗均衡,不易得到強力清洗。 

圓錐形輻射清洗 用不銹鋼制成的共振體進行超聲波輻射。一般在清洗不充分場合使用 可獲得常規超聲波10倍或20倍的強度,性能高。 但清洗面小,噪聲大 


     

    清洗條件的選擇設定主要有以下數點。

    ·清洗位置:將清洗物置于駐波壓力最大的位置,可獲得最佳的清洗效果。但是比駐波大的物體清洗時,易產生清洗不均,這時應將物體在上下數十毫米內加以搖動,這是減少清洗不良的常用方法。

    ·由網孔引起的衰減:在清洗小型另件時,多使用網籃方式,網籃網孔的大小不當,會造成超聲波衰減,使清洗力降低,例在28KHZ場合,網籃的網孔直徑需在5mm以上,才可正常清洗。如小的螺釘清洗時,網孔最小要做到1mm,如果衰減大,使用0.1-0.5mm的薄板網藍,也可得到正常清洗效果。

    ·頻率:對于頻率因素涉及的清洗效果,大體可這樣認為,采用頻率低的針對較難清洗的污垢,頻率高的,適合于精密清洗場合。

    ·液體溫度:隨著液溫的上升,液中生存的氣泡會遮斷聲波,使超聲波減弱,但是在常規做法上都以提高液溫來增加清洗能力。適合的液溫要針對不同的清洗液和清洗物來確定,一般場合液溫在5060℃比較適當。

清洗工序和清洗裝置

    清洗工序的設定要根據污染的類型,污染程度,處理批量來決定,譬如,眼鏡片的清洗一般要10個工序。在使用水系清洗劑時,最基本的工序制定如下:

超聲波清洗(水系清洗劑)→超聲波清洗(純水、自來水)→脫水 (干燥)

    干燥處理對清洗物的清洗性優劣非常重要,常見的干燥方法有熱風干燥、通風干燥、真空干燥、離心脫水干燥、IPA提升干燥等,可按照生產批量、成本、產品精度、被洗物形狀等加以選擇。

    工業用超聲波清洗機多為單槽或雙槽式、自動清洗形式的清洗機也有多槽形式。近年來,半導體行業用的清洗方式大多采用帶950KHZ超聲槽的單枚式“US噴淋”高頻清洗,可得到高性能的清洗結果,“US噴淋”的方式是將載有950KHZ超聲波所形成的水帷幕,用于液晶玻璃、電路芯片的超精密清洗,塵粒子可接近“零”的程度。

    今后不同產品的濕式清洗,如需100%地發揮清洗劑的性能作用,對超聲清洗裝置將會提出更高的要求。


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