中低頻超聲波的清洗作用

超聲波作為一種機(jī)械波，其在液體中的傳播引發(fā)了強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)。以中低頻超聲波為例，其頻率為20 kHz，液體質(zhì)點(diǎn)在聲波擾動(dòng)下做微小振動(dòng)，振動(dòng)速度和加速度巨大。這強(qiáng)烈而快速變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)于不溶性固體顆粒有強(qiáng)大的剪切作用，可以使固體顆粒從物體表面脫落，實(shí)現(xiàn)了清洗的效果。

高頻超聲波的清洗作用

隨著超聲波頻率增加到幾百千赫的高頻，波長(zhǎng)縮短，聲場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)的密區(qū)與稀疏區(qū)界線變得模糊，液態(tài)聲場(chǎng)中空化現(xiàn)象減少。在硅晶片和光刻清洗中，高頻超聲波表現(xiàn)出更為精細(xì)的擦洗作用，每秒進(jìn)行95萬(wàn)次的擦洗，迅速擴(kuò)散到基片與粒子之間，使工件表面水化，從而有效地去除亞微米粒子。

空化微射流及清洗作用

1. 微射流的成因

超聲波清洗可被視為由固-液兩相組成的非均勻介質(zhì)系統(tǒng)。在固-液界面，附著在界面的氣泡或游離的空化氣泡在聲場(chǎng)中受力作用下形成微小振動(dòng)，并聚集到工件表面。這些氣泡最終形成空化真空球形氣泡，崩塌時(shí)產(chǎn)生微射流。

2. 微射流的清洗作用

微射流的直徑小而速度快，作用時(shí)間短暫，但沖擊力強(qiáng)大。它垂直于固體表面，像錘擊釘子一樣，反復(fù)敲打固體表面，使附著的污物被擊碎脫落，實(shí)現(xiàn)了高效的清洗作用。

3. 微射流的“空化腐蝕”作用

與傳統(tǒng)認(rèn)為的由真空氣泡潰滅產(chǎn)生的沖擊波引起的“空化腐蝕”不同，現(xiàn)代研究表明微射流是導(dǎo)致超聲波清洗中物體表面損傷的主要原因。微射流的強(qiáng)大沖擊力可能在作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)導(dǎo)致固體表面的局部破壞。

結(jié)論：超聲波的機(jī)械效應(yīng)和清洗作用是基于其在液體中傳播時(shí)引起的強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)。中低頻超聲波具有剪切作用，可擊碎顆粒；高頻超聲波表現(xiàn)出精細(xì)擦洗作用；而微射流則通過(guò)強(qiáng)大的沖擊力實(shí)現(xiàn)高效的清洗，但也需注意其可能導(dǎo)致的“空化腐蝕”作用。