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真空镀膜和涂层沉积工艺的表面超声波清洗处理

作者: admin 时间:2019-04-05 来源:未知
摘要:超声波清洗机使用高频(400 kHz)传感器产生非空化压力波。兆声波搅拌系统适用于光滑表面,特别是用于去除颗粒,但在表面被压力波遮蔽的配置表面上不起作用。超声波清洗系统广泛用于硅...

  真空镀膜和涂层沉积工艺的表面超声波清洗处理

 

  低频超声波清洗依赖于与表面接触的坍塌空化气泡的喷射作用,从而在表面上提供高压的流体射流。超声波清洗通常是在研磨或研磨过程之后去除松散粘附的颗粒的好方法,并且可以与溶剂一起使用以去除吸附的污染物。空化气泡由超声波的张力波部分在流体介质中形成。超声波由磁致伸缩或电致伸缩换能器产生,通常在18-120kHz下操作,并且能量密度为约100W/加仑的流体。对于小型清洁器而言,超声波清洁器尺寸可以从5升到使用许多传感器的非常大的系统。

 

  流体中空化气泡的大小取决于蒸汽压力,表面能和流体温度。例如,60℃和40kHz的水具有约3μm的空化气泡尺寸。来自坍塌气泡的喷射压力可高达300psi。空化喷射对于较冷的介质更有活力,并且当气泡中没有气体阻碍其坍塌时。超声波能量密度随着距换能器的距离而减小;因此,在换能器表面附近空化能最大。声流传输导致流体从换能器表面(槽底部)的整体移动。这使得已经沉降到槽底部的污染物进入清洁区域。因此,应该连续过滤空化流体。

 

  当使用固定频率的换能器时,在流体中形成节点和波腹(驻波),其产生空穴能量随位置的变化。这些驻波图案可以通过反射来自槽中表面的压力波来改变。使用扫频生成可以在一定程度上克服空化与位置的这种变化。典型系统使用40±2 kHz。如果不使用频率扫描或者空位能量随位置变化很大,则在清洁过程中应将部件从槽中的一个区域移动到另一个区域。超声波频率高于人耳的听觉范围,并且从超声波清洁器听到的可听噪声是由于清洁器中的表面的振动。


 

真空镀膜和涂层沉积工艺的表面超声波清洗处理设备

  超声波清洗中的变量包括:

 

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  压力波的幅度和频率(能量密度,驻波模式)

 

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  换能器流体的性质(密度,粘度,表面张力,蒸汽压力)

 

  •

 

  如果与换能器介质不同,清洁液的性质

 

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  换能器介质中必须传输压力波的表面

 

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  流动和过滤清洁液

 

  •

 

  流体温度

 

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  流体的气体含量

 

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  空化内爆能量(温度,超声波脉冲高度)

 

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  空化密度随着槽中的位置而变化

 

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  空化密度随时间变化

 

  •

 

  压力脉冲的形状

 

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  超声波循环列车的性质(安静时间,脱气时间,每列车周期)

 

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  系统的几何形状和相关的固定装置。

 

  换能器/清洁介质的温度非常重要,不仅可以对流体进行脱气,还可以增强清洁效果并最大限度地消除空化现象。例如,当使用含有洗涤剂和表面活性剂的水时,超声波清洗的最佳温度范围为~55-65℃。

 

  产生空化的强度取决于流体的性质。在液体中形成空化气泡所需的能量与表面张力和蒸汽压成比例。因此,流体的表面张力越高,形成气泡所需的能量越大,并且在气泡破裂时释放的能量越大。例如,水的表面张力约为70达因/厘米,难以空化。然而,使用表面活性剂,表面能可降低至30达因/厘米,并且空化更容易。随着温度的升高,空化作用增强;然而,在较高温度下喷射能量减少。溶解在流体中的气体进入空化气泡并降低喷射能量。特别是溶剂易溶于溶解的气体。

 

  铝箔或铝金属化玻璃表面的超声波腐蚀或变形可用于确定表面在超声波溶液中暴露的空化能力。一般规则是超声空化应在10毫秒内1毫米厚的铝箔上的1×2英寸区域内产生10个孔。通过观察厚度增加的一系列铝箔上的空化损伤,可以研究空化强度。随着箔厚度的增加,损伤从生成孔到凹陷变为点蚀到无损坏。空洞应将超声波清洁器的强度绘制为位置的函数,其中固定装置和基板处于适当位置,因为来自表面的反射可以改变空化能量分布。应定期检查气蚀模式,特别是在更换夹具时。已经使用声致发光进行了一些工作来直观地监测空化强度。

 

  固定在超声波清洗中非常重要,以确保清洁所有表面。通常,部件的总面积(cm2)不应超过槽体积,单位为cm3。零件应与待清洁表面分开并悬挂,平行于应力波传播方向。这些部件不得捕获阻止空化流体润湿表面的气体。应使用小质量和开放结构的金属或玻璃固定装置。能量吸收材料如聚乙烯或含氟聚合物不应用于固定,因为它们吸附超声能量。

 

  通常,清洁液在流动系统中过滤,每分钟交换25-50%的体积。当连续使用该系统时,这是特别理想的。溢流槽系统可用于连续去除积聚在流体表面上的污染物。在清洁过程中可以使用具有增加溶剂或冲洗水纯度的三个站的级联超声系统。

 

  必须小心使用超声波清洗,因为喷射作用会产生高压,导致腐蚀并在脆性材料表面引入裂缝。例如,在高功率激光应用中,已经表明玻璃表面的扩展超声波清洁增加了表面表面损坏的光散射。已经表明超声波搅拌通过容器表面的侵蚀产生颗粒。不锈钢的侵蚀产生的颗粒数量是Pyrex™玻璃容器腐蚀的500倍。在所有研究的情况下,容器材料的颗粒是在长时间使用时生产的。共振效应还可能机械损坏超声波清洁器中的装置。超声空化也可以是薄膜的点蚀和粘附损失的来源。可以通过调节空化的能量密度和/或控制施加时间来控制表面损坏。超声波喷射有利于去除大颗粒,但随着颗粒尺寸减小到亚微米范围而效率降低。

 

  400 kHz范围内的高频超声波清洗不会引起气穴现象。相反,该动作是一系列波阵面,其扫过光滑表面,通过粘性阻力产生基板表面上的粘性表面边界层的破坏。产生的压力小于50磅/平方英寸,不会伤害脆弱的表面。可以聚焦高频超声换能器以限制冲击区域并允许来自浓缩区域的侧向流体流动。

 

  超声波清洗机使用高频(>400 kHz)传感器产生非空化压力波。兆声波搅拌系统适用于光滑表面,特别是用于去除颗粒,但在表面被压力波遮蔽的配置表面上不起作用。超声波清洗系统广泛用于硅晶片加工。

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