Ультразвуковая очистка - это процесс, в котором используется ультразвук (обычно с частотой 20–40 кГц ) для перемешивания жидкости. Ультразвук можно использовать только с водой, но использование растворителя, подходящего для очищаемого объекта, и типа присутствующего загрязнения усиливает эффект. Обычно уборка длится от трех до шести минут, но может превышать 20 минут, в зависимости от того, какой объект нужно очистить. [1]
Ультразвуковые очистители используются для очистки многих различных типов объектов, включая ювелирные изделия , научные образцы, линзы и другие оптические детали, часы , стоматологические и хирургические инструменты , инструменты , монеты , перьевые ручки , клюшки для гольфа , рыболовные катушки , жалюзи , компоненты огнестрельного оружия , автомобильные топливные форсунки , музыкальные инструменты, граммофонные пластинки , детали промышленных машин и электронное оборудование. Их используют во многих ювелирных мастерских, часовщиков.предприятия, мастерские по ремонту электроники [2] и научные лаборатории.
История [ править ]
Поверхностные механизмы ультразвуковой очистки хорошо изучены, и многие работы посвящены этой науке с тех пор, как первое коммерческое оборудование для ультразвуковой очистки появилось в 1950-х годах и стало использоваться в качестве относительно недорогой бытовой техники примерно в 1970 году. [3] Применяется ультразвуковая очистка. в промышленности на протяжении десятилетий, особенно для очистки мелких сложных деталей и ускорения процессов обработки поверхности. [4]
Характеристики процесса [ править ]
Ультразвуковая очистка использует кавитационные пузырьки, вызванные высокочастотными волнами давления (звуковыми) для перемешивания жидкости. Перемешивание создает высокие нагрузки на загрязнения, прилипающие к таким материалам, как металлы, пластмассы, стекло, резина и керамика. Это действие также проникает в глухие отверстия , трещины и выемки. Намерение состоит в том, чтобы тщательно удалить все следы загрязнения, плотно приставшие или въевшиеся на твердые поверхности. Вода или растворителимогут использоваться в зависимости от типа загрязнения и заготовки. Загрязняющие вещества могут включать пыль, грязь, масло, пигменты, ржавчину, жир, водоросли, грибок, бактерии, известковый налет, полирующие составы, флюсирующие агенты, отпечатки пальцев, воск для сажи и средства для удаления плесени, биологические загрязнения, такие как кровь, и так далее. Ультразвуковая очистка может использоваться для широкого диапазона форм, размеров и материалов заготовок и может не требовать разборки детали перед очисткой. [5]
Нельзя допускать, чтобы предметы лежали на дне устройства во время процесса очистки, так как это предотвратит кавитацию на части предмета, не контактирующей с растворителем. [2]
Конструкция и принцип работы [ править ]
В ультразвуковом очистителе очищаемый объект помещается в камеру, содержащую подходящий раствор (в водном или органическом растворителе, в зависимости от области применения). В водные чистящие средства часто добавляют поверхностно-активные вещества (например, моющее средство для стирки), чтобы обеспечить растворение неполярных соединений, таких как масла и жиры. Генерирования ультразвукового преобразователявстроенный в камеру или опущенный в жидкость, создает в жидкости ультразвуковые волны, изменяя размер вместе с электрическим сигналом, колеблющимся с ультразвуковой частотой. Это создает волны сжатия в жидкости резервуара, которые «разрывают» жидкость на части, оставляя после себя многие миллионы микроскопических «пустот» / «частичных вакуумных пузырьков» (кавитация). Эти пузыри схлопываются с огромной энергией; достигаются температуры и давления порядка 5000 К и 135 МПа; [6] [7] однако они настолько малы, что они всего лишь очищают и удаляют поверхностную грязь и загрязнения. Чем выше частота, тем меньше узлы между точками кавитации, что позволяет очистить более сложные детали.
Преобразователи обычно пьезоэлектрические (например, изготовлены из цирконата-титаната свинца (PZT), титаната бария и т. Д.), Но иногда бывают магнитострикционными . Часто агрессивные химические вещества, используемые в качестве чистящих средств во многих отраслях промышленности, не нужны или используются в гораздо более низких концентрациях при ультразвуковом перемешивании. Ультразвук используется для промышленной очистки, а также во многих медицинских и стоматологических технологиях и промышленных процессах.
Чистящий раствор [ править ]
Ультразвуковая активность (кавитация) помогает раствору выполнять свою работу; обычная вода обычно неэффективна. Чистящий раствор содержит ингредиенты, предназначенные для повышения эффективности ультразвуковой очистки. Например, уменьшение поверхностного натяжения увеличивает уровень кавитации, поэтому раствор содержит хороший смачивающий агент ( поверхностно-активное вещество ). Водные чистящие растворы содержат детергенты, смачивающие вещества и другие компоненты и оказывают большое влияние на процесс очистки. Правильный состав раствора во многом зависит от очищаемого предмета. Растворы в основном используются теплыми, примерно при 50–65 ° C (122–149 ° F), однако в медицинских целях принято проводить очистку при температуре ниже 45 ° C (113 ° F), чтобы предотвратить коагуляцию белков.
Растворы на водной основе более ограничены в своей способности удалять загрязнения одним химическим действием, чем растворы растворителей; например, для деликатных деталей, покрытых густой смазкой. Усилия, необходимые для разработки эффективной системы водной очистки для конкретной цели, намного больше, чем для системы растворителей.
Некоторые машины (которые не слишком большие) объединены с машинами парового обезжиривания, использующими углеводородные чистящие жидкости: три резервуара используются в каскаде. Нижний бак, содержащий грязную жидкость, нагревается, вызывая испарение жидкости. В верхней части машины находится охлаждающий змеевик. Жидкость конденсируется на змеевике и попадает в верхний резервуар. Верхний резервуар в конечном итоге переполняется, и чистая жидкость стекает в рабочий резервуар, где происходит очистка. Закупочная цена выше, чем у более простых машин, но такие машины в долгосрочной перспективе экономичны. Одну и ту же жидкость можно использовать многократно, сводя к минимуму потери и загрязнение.
Использует [ редактировать ]
Для ультразвуковой очистки подходят самые твердые, неабсорбирующие материалы (металлы, пластмассы и т. Д.), Не подверженные химическому воздействию чистящей жидкости. Идеальные материалы для ультразвуковой очистки включают небольшие электронные детали, кабели, стержни, провода и детали, а также предметы из стекла, пластика, алюминия или керамики. [8]
Ультразвуковая очистка не стерилизует очищаемые предметы, так как после очистки на них останутся споры и вирусы. В медицине стерилизация обычно следует за ультразвуковой очисткой как отдельным этапом. [9]
Промышленные ультразвуковые очистители используются в автомобильной, спортивной, полиграфической, морской, медицинской, фармацевтической, гальванической, в производстве компонентов дисководов, машиностроении и оружии.
Ультразвуковая очистка используется для удаления загрязнений с промышленного технологического оборудования, такого как трубы и теплообменники.
Ограничения [ править ]
Ультразвуковая очистка широко используется для удаления остатков флюса с припаянных плат. Однако некоторые электронные компоненты, особенно устройства МЭМС, такие как гироскопы , акселерометры и микрофоны, могут быть повреждены или разрушены из-за вибраций высокой интенсивности, которым они подвергаются во время очистки. Пьезоэлектрические зуммеры могут работать в обратном направлении и вырабатывать напряжение, которое может представлять опасность для их цепей привода.
Безопасность [ править ]
Рекомендуется избегать использования легковоспламеняющихся чистящих растворов, потому что ультразвуковые очистители повышают температуру, даже если они не оснащены нагревателем. Когда устройство работает, погружение руки в раствор может вызвать ожог из-за температуры; также может возникнуть дискомфорт и раздражение кожи. [10]
См. Также [ править ]
- Очистка деталей
- Акустическая чистка
- Стиральная машина
- Автоклав
- Макросоника
- Обработка ультразвуком
Ссылки [ править ]
- ^ Дитц, Эллен Роберта и Раула Бадавинак (2002). Стандарты безопасности и инфекционный контроль для стоматологов-гигиенистов . Олбани, Нью-Йорк: Обучение Делмара Томсона. п. 129. ISBN 0766826600.
- ^ a b Энсмингер, Дейл (2009). Ультразвук: данные, уравнения и их практическое использование, Том 10 . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press (Taylor & Francis Group). п. 328. ISBN 978-0-8247-5830-1.
- ^ Валь, Пол (март 1970). «Заставьте звуковые волны работать в вашем магазине» . Популярная наука . Проверено 20 декабря 2011 года .
- ^ Phillion, R. (июнь 2011). «Применение ультразвуковой очистки в промышленных масштабах для теплообменников» (PDF) . Загрязнение и очистка теплообменника .
- ^ Роберт Х. Тодд, Делл К. Аллен и Лео Элтинг; Справочное руководство по производственным процессам
- ^ Henglein, A .; Гутьеррес, М. (1993). «Сонохимия и сонолюминесценция: эффекты внешнего давления». J. Phys. Chem . 97 : 158–162. DOI : 10.1021 / j100103a027 .
- ↑ Азар, Лоуренс (февраль 2009 г.). «Кавитация в ультразвуковой очистке и разрушении клеток» (PDF) . Контролируемые среды.
- ^ Уильямс, Дуглас (1994). Руководство по чистым технологиям: изменения в процессе очистки и обезжиривания . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США. п. 19. ISBN 9780788114519.
- ^ Симмерс, Луиза и Карен Симмерс-Нарткер, Шэрон Симмерс-Кобелак (2009). Разнообразные занятия в сфере здравоохранения: седьмое издание . Клифтон-Парк, штат Нью-Йорк: Центр учебных материалов по обучению Delmar Cengage. п. 381. ISBN. 978-1-4180-3021-6.
- ^ "Руководство оператора ультразвукового очистителя" (PDF) . Брэнсон . Проверено 2 ноября 2018 года .
