超声波清洗机的频率、功率及清洗剂的选择

1. 频率的选择：

目前超声波清洗机的工作频率根据清洗对象，大致分为三个频段：低频超声清洗(20——50KHz) ，高频超声清洗(50——200KHz) 和兆赫超声清洗

(700KHz——1MHz 以上) 。低频超声清洗适用于大部件表面或者污物与清洗件表面结合强度高的场合。频率的低端，空化强度高，易腐蚀清洗件表面，不适宜清洗表面光洁度高的部件，而且空化噪声大。

超声空化阈值和超声波的频率有密切关系。频率越高，空化阈越高，换句话说，频率越高，在液体中要产生空化所需要的声强或声功率也越大；频率低，空化容易产生。同时在低频情况下，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。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，空化噪声较小。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。高频超声清洗适用于计算机精密零部件的清洗。对于一些难清洗干净的污物，例如金属表面的氧化物，化纤喷丝板孔中污物的清洗，则需要采用较高的声强。此时被清洗面应贴近声源，这时大多不采用槽式清洗器，而用棒状聚焦式换能器直接插入清洗液靠近清洗件的表面进行清洗。而微电子元件的精密清洗，如磁盘、驱动器，读写头，液晶玻璃及平面显示器，微组件和抛光金属件等的清洗，这些清洗对象要求在清洗过程中不能受到空化腐蚀，要能洗掉微米级的污物。兆赫超声清洗适用于集成电路芯片、硅片及簿膜等的清洗，能去除微米、亚微米级的污物而对清洗件没有任何损伤，因为此时不产生空化。其清洗机理主要是声压梯度，粒子速度和声流的作用。特点是清洗方向性强，被清洗件一般置于与声束平行的方向。

2. 功率的选择：

超声波清洗效果不一定与（功率×清洗时间）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，有时很快便将污垢去除。若选择功率太大，空化强度将大大增加，清洗效果是提高了，但这时使较精密的零件也产生蚀点，得不偿失，而且清洗缸底部振动板处空化严重，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。

3. 清洗剂的选择：

a. 清洗剂的分类：

目前市面上清洗剂的厂家很多，清洗剂的品种也五花八门，按照是否与水互溶来分，有可溶于水的水基清洗剂和不溶于水的溶剂型清洗剂。 b. 非ODS 溶剂和环保清洗剂： ODS 溶剂即对地球环境特别是对地球大气层中臭氧层中的臭氧起破坏

作用、造成地球环境恶化如气温上升、气候变暖等等的有关像氟利昂（CFC-113），三氯乙烷（TCA ），二氯甲烷，四氯化碳，四氯乙烯(也称全氯乙烯) 、天腊水、苯、甲苯等氟化物、卤代烃化合物的统称。

在中国使用ODS 溶剂zui典型的行业是液晶LCD （液晶）的清洗，LCD 清洗属于精密清洗领域，对清洗的质量、效率要求很高，以前LCD 工厂大多使用的是ODS 清洁剂和超声气相清洗技术，在上加速淘汰ODS 清洁剂的压力下，LCD 厂正在积极选用替代ODS 清洁剂(或称非ODS 清洗剂) ，替代清洗剂必须保证清洗的LCD 质量不低于原用ODS 清洗剂的清洗标准, 甚至更高。

到目前为止，LCD 行业已有15家企业参与了《中国清洗行业ODS 整体淘汰计划》，并获得多边基会赠款。其中已有10家企业的替代设备投入运行。但仍有少数LCD 厂继续使用CFC-113及TCA 。部分已淘汰ODS 清洗剂的企业也面临进一步优选工艺、设备及非ODS 清洗剂，以便提高LCD 清洗品质及效益的问题。

适用于LCD 行业的非ODS 清洗剂有水基、半水基和溶剂型三种, 水基、半水基清洗剂适用于超声水洗工艺路线，溶剂型清洗剂适用于气相超声清洗工艺路线。

水基、半水基及溶剂型三种替代清洗剂中，水基清洗剂的清洗速度远远不及溶剂和半水基型清洗剂。其原因有二：一是水基清洗剂去除LCD 残留液晶以表面活性剂与液晶的乳化作用为主，乳化对超声波的依赖性较大；二是水的表面张力比溶剂大，对狭缝的湿润性能较差。而表面张力较低的半水基和溶剂型清洗剂与液晶是一种溶解作用。

可用于直接替代CFC-113气相清洗剂的溶剂型清洗剂包括HCFC 、HFC 、n-PB 、HFE 、低沸点碳氢化合物及其含氧衍生物。其中HCFC 类如HCFC141b 、HCFC225, 因ODP （臭氧层破坏系数，CFC-113＝1）值不等于0，为过渡性替代物；n-PB 等卤代烃在有水存在时对ITO 具有较大的腐蚀性, 而且n-PB 的毒性至今尚无定论；HFC 及HFE 类的优点是ODP 等于0，但价格昂贵，且HFC4310具有*的GWP 值（地球温室效应系数），低沸点的碳氢化合物及其含氧衍生物zui大的问题是易燃易爆，使用该类清洗剂必须采用有防爆功能的清洗设备。

4. 影响超声波清洗机清洗效果的几个因素：

ａ. 温度的影响：

水清洗液zui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，反应出这两因素的相乘作用。

b. 清洗剂的影响：

清洗剂的选择要从两个方面来考虑：一方面要从污物的性质来选择化学作用效果好的清洗剂；另一方面要选择表面张力、蒸气压及枯度合适的清洗剂，因为这些特性与超声空化强弱有关。液体的表面张力大则不容易产生空化，但是当声强超过空化阈值时，空化泡崩溃释放的能量也大，有利于清洗。高蒸气压的液体会降低空化强度，而液体的粘滞度大也不容易产生空化，因此蒸气压高和粘度大的洁洗剂都不利于超声清洗。 此外，清洗液的温度和静压力都对清洗效果有影响，清洗液温度升高时，空化核增加，对空化的产生有利，但是温度过高，气泡中的蒸气压增大，空化强度会降低，所以温度的选择要同时考虑对空化强度的影响，也要考虑清洗液的化学清洗作用每一种液体都有一空化活跃的温度，水较适宜的温度是60——C，此时空化zui活跃。 清洗液的静压力大时，不容易产生空化，所以在密闭加压容器中进行超声清洗或处理时效果较差。