超声波资料Word文档格式.docx
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光学光电子清洗、线路板清洗
等多采用40KHZ的频率，高频超声清洗机适用于计算机，微电子元件的精细清洗，兆赫超声清洗适用于集成电路芯片、硅片
及波薄膜的清洗，能去除微米、亚微米级的污物而对清洗件没有任何损伤。
而对于一些精密清洗（如液晶体、半导体等）的
应用上，使用传统的频不但没法达到清洗的要求，而且还可能造成工件的损伤。
最典型的例子就是关于军用电子产品，行业
已明文规定不允许使用传统的频率（20~30KHz）的超声波清洗机。
其实在一些欧美、日本等发达国家，已通过选用高频清洗
机（80KHz或以上频率，有的已经达到200K或400K）使这个问题得到了解决。
那么为什么高频清洗能避免对工件的损伤呢？
大家都知道超声波清洗的基本原理是基于液体的空化效应。
事实上空化效
应的强度直接跟频率有关，频率越高，空化气泡越小，空化强度越弱，且其减弱的程度非常大。
举例说，如将25KHz时的空化
强度比作1，40KHz时的空化强度则为1/8，到了80KHz时，空化强度就降到0.02。
所以如果频率选择正确，超声波损伤工件的
问题就不存在了。
由此可见，超声空化阀值和超声波的频率有密切关系，频率越高，空化阀越高。
换句话说，频率低，空化越容易产生，
而且在低频情况下液体受到的压缩和稀疏作用有更长的时间间隔，使气泡在崩溃前能生长到较大的尺寸，增高空化强度，有
利于清洗作用。
所以低频超声波清洗适用于大部件表面或者污物和清洗件表面结合度高的场合。
但易腐蚀清洗件表面，不适
宜清洗表面光洁度高的部件，而且空化噪音大。
40KHZ左右的频率，在相同声强下，产生的空化泡数量比频率为20KHZ时多，
穿透力较强，宜清洗表面形状复杂或有盲孔的工件，空化噪音较小，但空化强度较低，适合清洗污物与被清洗件表面结合力
较弱的场合。
超声波功率的选择
当声强增加时，空化泡的最大半径与起始半径的比值增大，空化强度增大，即声强愈高，空化愈强烈，有利于超声波清
洗作用。
但不是超声波声功率越大越好，声强过高，会产生大量无用的气泡，增加散射衰减，形成声屏障，同时声强增大也
会增加非线性衰减，这样都会削弱远离声源地方的清洗效果。
所以，超声波清洗的效果不一定于与所加功率和工作时间成正
比，有时用小功率花费很长时间也没有清除污垢，而如果功率达到一定数值，则有可能很快将污垢去除。
若超声波功率太大，
这时液体中空化强度大大增加，较精密的零件将产生蚀点，水点腐蚀也增大，如果振动板表面已受
到空化腐蚀，强功率下水底产生空化腐蚀更严重，使设备寿命降低，造成不必要的损失，同时清洗缸底部振动板空化也十分
严重，使缸的寿命缩短。
但超声波清洗功率选择小了，花费很长时间也没有清除污垢，也是不可取的。
常规的超声波清洗在工业当中，标准型超
声波清洗机从100W至1500W不等，工件有多大，在考虑清洗节拍的前提下，由超声波清洗槽体的大小决定超声波的功率。
鉴于
目前混响场声强测量的技术尚不够成熟，目前还是用单位面积上的功率来进行设计，一般一台标准超声清洗机输出功率密度
大多选在0.3～0.6瓦/平方厘米左右，当然了，这只是常规情况。
脉冲聚焦超声波清洗可选得更高。
所以最好的方式是一般先做实验来获取合适的参数配置，按实际使用情况来配置超声波功率，这样有利于实际应用。
另
外在选购超声波清洗机时可以尽量选择可调节功率的清洗机。
HYPERLINK"
压电陶瓷（piezoelectric
ceramics）具有压电效应的陶瓷，称压电陶瓷。
它具有一种奇异的HYPERLINK"
压电效应特性，即当受到
微小外力作用时，能把机械能变成电能，当加上交变电压时，又会把电能变成机械能。
它通常由几种氧化物或碳酸盐在烧结过程中发生固相反应而形成，其制造工艺与普通的电子陶瓷相似。
烧结出来的陶瓷
体是多晶体，其自发极化是紊乱取向的，主要成分是铁电体，因此称铁电陶瓷，没有压电性能。
对这样的陶瓷体施加强的直流电场进行极化处理，原来混乱取向的自发极化就沿电场方向择优取向。
去除电场后，陶瓷
体仍保留着一定的总体剩余极化，遂使陶瓷体有了压电性能。
与压电单晶材料相比，压电陶瓷的特点是制造容易，可做成各种形状；
可任意选择极化轴方向；
易于改变瓷料的组分而
得到具有各种性能的瓷料；
成本低，适于大量生产。
但由于是多晶材料，所以使用频率受到限制。
目前最常用的压电陶瓷有
钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、三元系压电陶瓷、透明铁电陶瓷以及铌酸盐系陶瓷等。
压电陶瓷由于它的压电效应用途极为广泛。
例如压电陶瓷在交变电压的作用下，能够产生或接受声波、次声波和超声波
，所以可做成水下雷达、鱼群探测器等。
用它制成小巧玲珑、灵敏度极高的压电陀螺仪，可以控制导弹的飞行，只要导弹
发生偏移，就会把扭力传递给压电陀螺仪，压电陀螺仪就会输出电流，使导弹按正确轨道飞行。
在海战中，最难对付的是潜艇，它能长期在海下潜航，神不知鬼不觉地偷袭港口、舰艇，使敌方大伤脑筋。
如何寻找敌
潜艇？
靠眼睛不行，用雷达也不行，因为电磁波在海水里会急剧衰减，不能能效地传递信号，探测潜艇靠的是声纳------水
下耳朵。
压电陶瓷就是制造声纳的材料，它发出超声波，遇到潜艇便反射回来，被接收后经过处理，就可测出敌潜艇的方
位、距离等。
由于压电陶瓷能把力能转换成电能而放电，所以可用于高压燃引爆，例如，如果在反坦克炮弹上装上一个小小的压电陶
瓷元件，当炮弹射中坦克的瞬间，就靠压电陶瓷受压起火，使炸药爆炸而摧毁坦克，电子打火机也是用同样方法使打火机内
的压电陶瓷起火花，引燃可燃气体的。
在工业上，压电陶瓷可用来制造调频滤波器，闪光灯触发器，压电变压器，压电步进
马达，电焊换能器，地震预报器等。
在医疗上，压电陶瓷也可用来制造盲人助视器，人造心脏起搏器，数字显示脉搏计，血
压计等，还可用来诊断人体内的某些病变。
那什么才是好的压电陶瓷呢？
那要看以什么标准去划分。
以是否含铅为标准，那现在所应用的极大部分都含铅，不含铅
的压电陶瓷在性能指标上还不能达到广泛的实用化。
以性能指标为标准，固然那些性能极差的压电陶瓷是坏陶瓷，但现在市
面上或生产压电陶瓷的厂家出厂的压电陶瓷都应该是自认为合格的产品，我认为虽说都合格，但各自的性能标准不同，所以
也不能说谁的好，谁的坏，另外压电陶瓷有很多参数指标，这些指标只能达到一个平衡，有时过份追求某一个指标从而牺牲
了其他指标，这也不是好事。
实践是检验真理的标准，我认为使用者适用即为好，不适用即为坏。
我们公司经常遇到这样的情况：
用户的电路是固定的，我们提供的压电陶瓷性能完全达到了材料的理论指标，我们认为
很好，但用户却说不行，原因是灵敏度太高了，达到了饱和状态无法使用，要求降低性能，做好的东西要想把性能降低也不
容易啊!
也有这种情况：
做好的压电陶瓷不合格，做个记录放入了不合格品区，有用户急要样品，尺寸刚好与不合格的相同，
说明原因，将不合格的压电陶瓷片提供给用户试用，用户居然使用效果非常好。
所以我们总结为：
只要压电陶瓷达到了一定的性能，无好坏之分，适用即为好。
这就要求我们生产厂家认真做好工艺记
录，要确实了解掌握不同工艺对应的产品性能，只有这样我们才能尽量满足不同用户的要求。
一般在采购HYPERLINK"
超声波清洗机的时候，首先是了解自己的产品可以用哪些方式去洗，第二是要达到一种什么样的清洁效果，
第三是预计自己公司发展的产量会达到多少，要购买的机器最大产能是要多少，第四步是清洗工艺的了解，询问自己同行的
是采用什么样的工艺，或者咨询超声波的生产厂家有没有更新的清洗工艺，第五是选择一些专业的生产企业进行清洗工艺、
价格和售后服务保障方面比较，第六是在签订合同时把做设备所用材料品牌型号，易耗品价格，维修条款等等写进合同协议
中，以防一些不良生产企业的欺诈，第七是验收，如果是大型设备的话，您尽量要带上您的工件到生产企业去现场验收，第
八是安装完对您公司员工的培训，您确定您的员工是真的学会了而不是安装人员所说已经培训过了。
功率的选择
超声波清洗有时用小功率，花费很长时间也没有清除污垢。
而如果功率达到一定数值，很快便将污垢去除。
若选择功率
太大，空化强度将大大增加，清洗效果虽然是提高了，但这时较精密的零件也产生了蚀点，而且清洗机底部振动板空化严重
，水点腐蚀也增大，在采用三氯乙烯等有机溶剂时，基本上没有问题，但采用水或水溶性清洗液时，易于受到水点腐蚀，如
果振动板表面已受到伤痕，强功率下水底产生空化腐蚀更严重，因此要按实际使用情况选择超声功率。
频率的选择
超声清洗频率从28kHz到120kHz之间，在使用水或水清洗剂时由空穴作用引起的物理清洗力显然对低频有利，一般使用28
-40kHz左右。
对小间隙、狭缝、深孔的零件清洗，用高频（一般40kHz以上）较好，甚至几百kHz。
对钟表零件清洗时，用
100kHz。
若用宽带调频清洗，效果更良好。
清洗篮的使用
在清洗小零件物品时，常使用网篮，由于网眼要引起超声衰减，要特别引起注意。
当频率为28khz时使用10mm以上的网眼
为好。
清洗液温度
水清洗液最适宜的清洗温度为40-60℃，尤其在天冷时若清洗液温度低空化效应差，清洗效果也差。
因此有部分清洗机在
清洗缸外边绕上加热电热丝进行温度控制，当温度升高后空化易发生，所以清洗效果较好。
当温度继续升高以后，空泡内气
体压力增加，引起冲击声压下降，效果也会减弱。
有机溶剂清洗液则要接近于沸点的温度来清洗。
清洗液量的多少和清洗零件的位置的确定
一般清洗液液面高于振动子表面100mm以上为佳。
由于单频清洗机受驻波场的影响，波节处振幅很小，波幅处振幅大造成
清洗不均匀。
因此最佳选择清洗物品位置应放在波幅处。
（较有效范围3-18公分）
超声清洗工艺及清洗液的选择
在购买清洗系统之前，应对被清洗件做如下应用分析：
明确被洗件的材料构成、结构和数量，分析并明确要清除的污物
，这些都是决定所要使用什么样的清洗方法，判断应用水性清洗液还是用溶剂的先决条件。
最终的清洗工艺还需做清洗实验
来验证。
只有这样，才能提供合适的清洗系统、设计合理的清洗工序以及清洗液。
考虑到清洗液的物理特性对超声清洗的影
响，其中蒸汽压、表面张力、黏度以及密度应为最显着的影响因素。
温度能影响这些因素，所以它也会影响空化作用的效率
。
任何清洗系统必须使用清洗液。
选择清洗液时，应考虑以下三个因素：
1．清洗效率：
选择最有效的清洗溶剂时，一定要做实验。
如在现有清洗工艺中引入超声，所使用的溶剂一般不必变更;
2．操作简单：
所使用的液体应安全无毒、操作简单且使用寿命长;
3．成本：
最廉价的清洗溶剂的使用成本并不一定最低。
使用中必须考虑到溶剂的清洗效率、安全性、一定量的溶剂可
清洗多少工件利用率最高等因素。
当然，所选择的清洗溶剂必须达到清洗效果，并与所清洗的工件材料相容。
水为最普通的清洗液，故使用水基溶液的系统操作简便、使用成本低、应用广泛。
然而对某些材料以及污垢等并不适用
于水性溶液，那么还有许多溶剂可供选用。
不同的清洗液，要区分的清洗系统水性系统：
通常由敞口槽组成，工件浸没其中
而复杂的系统由多个槽组成，并配备循环过滤系统、冲淋槽、干燥槽以及其它附件。
溶剂系统：
多为超声波汽相除油脂清洗机，常配备废液连续回收装置。
超声波汽相清除油脂过程是由溶剂蒸发槽和超声
浸洗槽成的集成式多槽系统完成的。
在热的溶剂蒸汽和超声激荡共同用下，油、脂、蜡以及其他溶于溶剂的污垢就被除去。
经过一列清洗工序后下料的工件发热、洁净、干燥。
清洗件处理
超声清洗的另一个考虑因素是清洗件的上、下料或者说是放置清洗件的工装的设计。
清洗件在超声清洗槽内时，无论清
洗件还是清洗件篮都不得触及槽底。
清洗件总的横截面积不应超过超声槽横截面积的70%。
橡胶以及非刚化塑料会吸收超声波
能量，故将此类材料用于工装时应谨慎。
绝缘的清洗件也应引起特别注意。
工装篮设计不当，或所盛工件太重，纵使最好的
超声清洗系统的效率也会被大大降低。
钩子、架子以及烧杯都可用来支持清洗件。
清洗时间：
3-10分钟，最好采用定时方式清洗。
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从业二十几年的工程技术人员，能给您很好的解决清洗方面的问题。
超声波电源也叫HYPERLINK"
超声波发生器或者超声波发生源，它的主要作用是把我们的市电（220V或380V，50或60Hz）转换成与
超声波换能器相匹配的高频交流电信号。
随着超声波技术的发展，工业清洗、焊接、打孔、抛光、均质等领域。
超声波电源原理
首先由超声波电源来产生一个特定频率的信号，这个信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，这个特定频率就是超声
波换能器的频率，一般在超声波设备中使用到的超声波频率为25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；
1OOKHz，100KHZ以上的频率尚
未大量使用，但随着技术的不断发展，相信使用面会逐步扩大．比较完善的超声波电源还应有反馈环节，主要提供二个方面
的反馈信号：
第一个是提供输出功率信号，我们知道当超声波电源的电压发生变化时．超声波电源的输出功率也会发生变化，这时反
映在超声波换能器上就是机械振动忽大忽小，导致清洗效果不稳定．因此需要稳定输出功率，通过功率反馈信号相应调整功
率放大器，使得功率放大稳定.
第二个是提供频率跟踪信号．当超声波换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而超声波换能器的谐振频
率点会由于装配原因和工作老化后改变，当然这种改变的频率只是漂移，变化不是很大，频率跟踪信号可以控制信号超声波
电源，使信号超声波电源的频率在一定范围内跟踪超声波换能器的谐振频率点．让超声波电源工作在最佳状态。
超声波电源分类
超声波电源按设计分自激方式电源和他激方式电源。
自激电路没有信号源，是把振荡、功放、输出变压器及换能器集为
一体，形成一闭环回路，回路在满足幅度、相位反馈条件，组成一个有功率放大的振荡器。
并谐振于换能器的机械共振频率
上。
一般应用于超声波换能器数量少的小型设备；
但是对于超声波换能器数量多的情况下，无法调试达到共振效果。
所以目
前工业用超声波洗净设备的超声波电源大都采用他激方式。
他激式电源结构上主要包括两部分，前级是振荡器，后级是放大器。
一般通过输出变压器耦合，把超声能量加到换能器
他激方式的电路由两部分组成，既信号源部分和信号放大部分。
信号源部分采用CPU为核心的信号发生和控制部分，一般都采用12-15V电压驱动，产生方波信号供给信号放大电路;
超声
波电源的定时控制、调节等外加功能都可以通过控制信号源的信号输出方式完成，采用低电压控制，安全可靠性会肯定高。
信号放大部分是将信号源产生的信号放大后输出给超声波换能器。
不同电路的超声波电源，其输出电路、电压的不同是
导致传播效率高低的重要原因。
输出电压低，发生器消耗电能自然就大，同时振子还容易发热，产生的感应电场强。
适当的
调整电路，增大输出给超声波换能器的电压可能会取得很好的效果。
此外，如果按末级功放管所采用的器件类型分，又可分四种：
电子管式超声波电源；
可控硅逆变式超声波电源；
晶体管
式超声波电源及功率模块超声波电源。
电子管式与可控硅逆变式目前基本已淘汰，当前广泛使用的是晶体管式电源。
这方面
我们就不作具体介绍了。
超声波电源与超声波换能器匹配问题
在实际应用中，如何让超声波电源与换能器功率更匹配呢？
主要从以下两个方面去考虑：
首先，是通过匹配使电源向换能器输出额定的电功率，这是由于电源需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换
能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用。
其次，通过匹配使超声波电源输出效率最高，这是由于超声波换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电
流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使电源输出效率降低，因此在电源输出端并上或串上一个相反的
抗，使电源负载为纯电阻，也即调谐作用。
由此可见与超声波换能器匹配的好坏直接影响着超声波电源的效率。
一、超声波空化作用的形成原因
超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在超声波的作用下产生振动，当此声压达到一定数值时所发生的生长
和崩溃的动力学过程。
超声波在液体中形成的空穴崩溃会产生的高温、高压、放电、发光和激震波等作用。
其中空穴形成的因素可能是强烈的
超声波的照射,爆炸时的激震,高速流体冲激摩擦或剧烈的化学反应等。
二、超声波空化作用原理
超声波空化作用一般包括3个过程：
既空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。
具体来说当装满液体的容器通入超声波后，
由于液体在振动过程中产生数以万计的微小气泡，也就是空化泡。
这些气泡在超声波纵向传播中形成的负压区生长，而在正
压区迅速闭合，从而在交替正负压强下受到压缩和拉伸作用。
在气泡被压缩直至崩溃的一瞬间，会产生巨大的瞬时压力，一
般可高达几十兆帕至上百兆帕。
据相关实验测得：
空化作用可以使气相反应区的温度达到5200K左右，液相反应区的有效温
度达到1900K左右，局部压力在5．O5×
10kPa，温度变化率高达10K／s，并伴有强烈的冲击波和时速达400km的微射流。
在这种巨大的瞬时压力下，可以使悬浮在液体中的固体表面受到急剧的破坏。
通常将超声波空化分为稳态空化和瞬间空化两
种类型：
稳态空化是指在声强较低（一般小于10w／cm）时产生的空化泡，其大小在其平衡尺寸附近振荡，生成周期达数个循环。
当扩大到使其自身共振频率与声波频率相等时，发生声场与气泡的最大能量耦合，产生明显的空化作用。
瞬态空化则是指在较大的声强（一般大于1Ow／cm）作用下产生的生存周期较短的空化泡（大都发生在1个声波周期内）。
三、超声波空化作用的应用
超声波利用其空化作用以及其空化所伴随着机械效应、热效应、化学效应、生物效应等等广泛应用于各个行业，机械效
应的应用主要表现在非均相反应界面的增大；
而化学效应的应用主要是由于空化过程中产生的高温高压使得高分子分解、化
学键断裂和产生自由基等。
利用机械效应的过程包括吸附、结晶、电化学、非均相化学反应、过滤以及超声清洗等，利用化
学效应的过程主要包括有机物降解、高分子化学反应以及其他自由基反应。
超声波空化作用可用于促进化学反应,粉碎液内悬
浮物,制造乳剂,杀灭细菌或清洗机件等许多行业。
其中超声波清洗早已经普遍采用了。
四、影响超声波空化作用的因素
超声波空化作用的强弱与声学参数以及液体的物理化学性质有关。
具体包括以下几个方面：
1、超声波强度。
超声波强度指单位面积上的超声功率，空化作用的产生大小与超声波强度有关。
对于一般液体超声波
强度增加时，空化作用强度也随之增大，但达到一定数值后，空化会趋于饱和，此时再增加超声波强度则会产生大量无用气
泡，从而增加了散射衰减，降低了空化强度。
2、超声波频率。
超声波频率越低，在液体中产生空化作用就越容易。
也就是说要引起空化，频率愈高，所需要的声强愈
大。
例如要在水中产生空化作用，超声波频率在400kHz时所需要的功率要比在10kHz时大10倍，即空化作用是随着频率的升
高而降低的。
一般采用的频率范围20-40kHz。
3、液体的表面张力与黏滞系数。
液体的表面张力越大，空化强度越高，越不易于产生空化作用。
黏滞系数大的液体难
以产生空化泡，而且传播过程中损失也大，因此同样不易产生空化作用。
4、液体的温度。
液体温度越高，对空化的产生越有利，但也不是绝对的，因为当温度过高时，气泡中蒸汽压增大，因此
气泡闭合时增强了缓冲作用而使空化作用减弱。
及波薄膜的清洗，能去除微米、亚微米级的污物而对
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