2013-04-28
[3625]
超聲清洗技術(shù)的研究和應(yīng)用，我國(guó)始于50年代，幾乎與國(guó)外同步進(jìn)行。20世紀(jì)80年代以前發(fā)展比較緩慢，80年代以后，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，這一新技術(shù)得到很快的發(fā)展。已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于電子電器工業(yè)，光學(xué)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(jī)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(shè)備已由單缸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型向多缸，成套，專用和半自動(dòng)及自動(dòng)化超聲清洗設(shè)備發(fā)展。為適應(yīng)不同清洗對(duì)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(shí)工作的超聲清洗設(shè)備。超聲頻電源（又稱超聲波發(fā)生器）在20世紀(jì)80年代國(guó)際上普遍采用自激式D類晶體管開(kāi)關(guān)功率放大器，線路比較簡(jiǎn)單，具有頻率跟蹤功能，通過(guò)多路合成，容易得到大功率的超聲發(fā)生器，但在國(guó)內(nèi)使用時(shí)曾用龐大的鐵芯變壓器降壓，甚為笨重。21世紀(jì)以來(lái)，逐漸采用他激式開(kāi)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(jìn)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(yùn)行更可靠，可以遙控的超聲頻電源。
近年來(lái)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(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械負(fù)載系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)，而且對(duì)液體處理設(shè)備，如超聲清洗及聲化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)更具有突出的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的超聲清洗系統(tǒng)一般是采用固定頻率驅(qū)動(dòng)，不考慮清洗槽形狀，液面高低，液體溫度及被清洗件等對(duì)換能器最佳工作頻率的影響。這樣會(huì)降低空化強(qiáng)度及可能產(chǎn)生駐波而降低清洗效果。MMM來(lái)技術(shù)是用一種專門的反饋系統(tǒng)產(chǎn)生一種最佳而復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以適應(yīng)負(fù)載的變化，即用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)來(lái)處理技術(shù)監(jiān)控?fù)Q能器對(duì)負(fù)載變化的響應(yīng)，用實(shí)時(shí)反來(lái)饋環(huán)產(chǎn)生復(fù)雜的多模調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)以激勵(lì)機(jī)械負(fù)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(chǎng)（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(duì)于超聲清洗及聲化學(xué)反應(yīng)是很有利的。
超聲清洗設(shè)備用的換能器，國(guó)內(nèi)外普遍采用壓電換能器。我國(guó)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(shí)踐表明，性能優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品。其優(yōu)點(diǎn)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(shí)大能減小橫向振動(dòng)，提高輻射效率，提高工作穩(wěn)定性。為適應(yīng)多頻清洗，國(guó)內(nèi)也開(kāi)始生產(chǎn)雙頻或多頻換能器，并用于超聲清洗設(shè)備。20世紀(jì)末國(guó)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(zhǎng)，便于清洗管道及筒狀容器。國(guó)內(nèi)雖有產(chǎn)品，但尚未大量應(yīng)用。在高聲強(qiáng)清洗方面我國(guó)發(fā)展了一種聚能于長(zhǎng)方形輻射面的高聲強(qiáng)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(guò)程中，要求清洗掉亞微米級(jí)以下的污物而不損壞器件，由此國(guó)外發(fā)展了兆赫級(jí)的超聲清洗設(shè)備和噴淋式兆聲清洗設(shè)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(jī)溶劑是CFC-113和TCA，因?yàn)樗鼈兊幕瘜W(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)大多數(shù)金屬、漆類及塑料等不起作用，不會(huì)溶解；沒(méi)有閃點(diǎn)，毒性低，滲透力強(qiáng)，使用安全；其沸點(diǎn)低，蒸發(fā)快，清洗后工件不必烘干，曾被廣泛應(yīng)用。
但是它屬于ODS物質(zhì)，會(huì)破壞臭氧層，已不能使用。因此世界各國(guó)都在開(kāi)發(fā)各種替代產(chǎn)品，如日本目前廣泛使用的溶劑是碳?xì)淙軇Ｌ細(xì)淙軇┚哂性S多優(yōu)點(diǎn)：1）清洗性能好。碳?xì)淙軇┣逑礉?rùn)滑油，防銹油和機(jī)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?xì)淙軇┲胁缓趾吐?、硫?/span>腐蝕物，不會(huì)腐蝕和銹蝕各種金屬材料；對(duì)大部分塑料和橡膠沒(méi)有溶解、溶脹和脆化作用。3）蒸發(fā)損失小。因其沸點(diǎn)一般在150攝氏度以上，所以在保管和使用過(guò)程中損失比較小。4）能夠徹底揮發(fā)，沒(méi)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(huì)有殘留物。5）無(wú)毒。碳?xì)淙軇┡c人體接觸均為低毒，不屬于致癌物質(zhì)。6）碳?xì)淙軇┲胁缓?，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(duì)空氣沒(méi)有污染。7）價(jià)格低廉。普通碳?xì)淙軇┑膬r(jià)格相當(dāng)于CFC-113價(jià)格的一半，比某些ODS替代品的價(jià)格更低，同時(shí)由于碳?xì)淙軇┑拿芏燃s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?jī)H為鹵代烴清洗劑的一半左右。
碳?xì)淙軇┑娜秉c(diǎn)是沸點(diǎn)高（150~190攝氏度）而閃點(diǎn)低（50~70攝氏度）。沸點(diǎn)高會(huì)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(diǎn)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(diǎn)，更好的利用這種性能優(yōu)越而價(jià)廉的碳?xì)淙軇?，必須改進(jìn)工藝設(shè)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?xì)淙軇┠軌蛘婵照麴s再生重復(fù)使用。利用清洗劑與污垢之間的沸點(diǎn)差，將溶有油污的清洗劑加熱到清洗劑的沸點(diǎn)以上，而控制在油污的沸點(diǎn)以下，這樣使清洗溶劑氣化，然后通過(guò)冷卻，使之重新凝結(jié)成純凈的清洗溶劑，而沸點(diǎn)較高的油污和機(jī)械雜質(zhì)則留在蒸餾罐底部。由于碳?xì)淙軇┑姆悬c(diǎn)高，必須在較高的真空度環(huán)境下使其沸點(diǎn)降低到80攝氏度，然后在真空中加熱蒸發(fā)，再經(jīng)過(guò)冷凝回收。
在真空狀態(tài)下進(jìn)行清洗、干燥和蒸餾再生過(guò)程中，由于含氧量很低，雖然溫度達(dá)到或超過(guò)碳?xì)淙軇┑拈W點(diǎn)也不會(huì)燃燒，保證了使用的安全。由此可見(jiàn)，采用了真空技術(shù)后能夠克服碳?xì)淙軇┐嬖诘娜秉c(diǎn)。雖然設(shè)備的投資加大，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，碳?xì)淙軇┍阋饲蚁牧可?，是今后的發(fā)展方向。這種超聲清洗設(shè)備國(guó)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(shè)備一般是非標(biāo)準(zhǔn)專用設(shè)備，要根據(jù)用戶的不同要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。在國(guó)外生產(chǎn)成本比較高，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品如果能提高質(zhì)量是具有竟?fàn)幜Φ?。目前超聲清洗設(shè)備存在的主要問(wèn)題是沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。一些企業(yè)投資少，加工手段簡(jiǎn)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(jià)銷售，擾亂了市場(chǎng)。在超精密清洗方面，如微電子器件在生產(chǎn)過(guò)程中的清洗，要求能清洗掉納米級(jí)的污物，這必須在超級(jí)凈化環(huán)境中進(jìn)行，需要用超高純度的清洗劑并用沒(méi)兆赫超聲清洗。這方面的清洗設(shè)備目前我國(guó)企業(yè)尚有能夠提供，而基本依賴進(jìn)口