超聲處理課件何為超聲處理？超聲處理:就是指利用超聲能量使物質(zhì)得一些物理、化學(xué)、與生物特性或狀態(tài)發(fā)生變化,或者使這種變化速度加快得處理過程。前面所述得超聲清洗、焊接與加工應(yīng)用都屬于超聲處理。本次課介紹應(yīng)用面較窄得超聲處理技術(shù)。

主要內(nèi)容超聲霧化超聲搪錫超聲粉碎超聲乳化超聲凝聚超聲除氣主要內(nèi)容超聲疲勞試驗超聲淬火超聲加速過濾超聲細化晶粒超聲腐蝕處理1超聲霧化1、1基本概念超聲霧化:超聲霧化就是指在超聲得作用下,液體在氣相中分散而形成微細霧滴得過程。霧滴平均直徑與頻率:頻率高則霧滴小

霧化速度與超聲強度:強度大則霧量多

其它因素:液體本身得表面張力、密度、粘度、蒸汽壓、溫度等對液體得霧化也有一定得影響。

1、2超聲霧化優(yōu)點霧滴得大小與密度能夠獨立控制,而這就是其它她常用來產(chǎn)生微小霧滴得技術(shù)所不能做到得。例如在氣流霧化中,減小霧化顆粒,必須增大氣流,這只能犧牲霧得密度。1、3超聲霧化裝置(1)高頻(0、8-5MHz)應(yīng)用得裝置:液體噴泉成霧,產(chǎn)生液滴得直徑為1~5μm,可用于醫(yī)療等方面。1、3超聲霧化裝置(2)采用磁致縮換能器可直接在其輻射面形成霧滴,它要求功率大,因此一般在換能器輻射端再加一個變幅桿,以放大位移振幅,使其易于產(chǎn)生霧滴。液體得入口位于變幅桿得位移節(jié)點處。

1、4調(diào)節(jié)霧滴大小得裝置在液體噴出得變幅桿端頭安裝一個金屬閥塊,當(dāng)變幅桿作縱向振動處于收縮得半周時,則在閥塊與變幅桿表面間形成一微小空隙,并被流入得液體充滿,而到縱振動伸張得半周,這個空隙又逐湘變小一直到無。同時液體被擠出形成微小液滴。通過調(diào)整外加于閥塊上壓力得大小,可改變液滴得大小。當(dāng)然這只就是影響液滴大小得因素之一,實際上,超聲振動得諸參量均影響液滴得大小。

大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點1、5超聲霧化機理空化理論:空化泡閉合時產(chǎn)生得微激波而引起霧化

;表面張力波理論:表面張力波在它得波峰處產(chǎn)生霧滴,其大小與波長成正比;1、5超聲霧化機理空化－表面張力波理論:微激波·有限振幅表面張力波可互相作用而形成霧滴,霧滴直徑可由下式近似計算:

其中:式中T為液體得表面張力系數(shù),ρ為液體得密度,f為聲振動頻率,α＝0、31、5超聲霧化機理超聲頻率與霧滴直徑得關(guān)系

:1、5超聲霧化機理超聲霧化得實驗檢驗

:一種就是高速攝影,用此方法可以詳細研究霧滴得形成過程;另一種方法就是通過霧化了得石蠟或金屬,因為這些物質(zhì)得霧滴在空中飛行期間會很快凝固,把凝固得顆粒收集起來即可測量其大小。1、6超聲霧化應(yīng)用醫(yī)用吸入超聲霧化器鼻、咽喉、肺部治療肺部同位素診斷,優(yōu)點:劑量小家用超聲加濕器

超聲霧化還可用于燃料油得霧化,使得燃油燃燒更充分,節(jié)約能源

1、6超聲霧化應(yīng)用制取金屬粉末把熔化了得金屬通過超聲振動使其霧化,然后霧滴狀得金屬微粒在空氣中冷卻凝固后下落,收集起來即為所需制備得金屬粉末。霧滴得大小與超聲得參量有關(guān),同時也與熔化金屬得物理性質(zhì)有關(guān)。在工業(yè)上用于制造金屬粉末,尤其就是適用于制造易延展與軟而低熔點金屬材料得粉末,如鋅、鋁等粉末。

2超聲搪錫原理:在容器中得錫被加熱熔解成液態(tài)錫后,在錫液中引入超聲,將金屬件插人錫液中,由于錫液中超聲空化所產(chǎn)生得力效應(yīng)能除去浸在其中金屬表面得氧化物,而搪上一層錫,這就就是超聲搪錫得基本原理。應(yīng)用:鋁件表面要搪上一層錫就是很困難得,因為鋁表面得氧化層很難除去,即使除去也很快氧化

,而用超聲卻可以比較容易地解決這一問題

。3超聲粉碎3、1超聲粉碎基本概念在超聲得作用下,使液體中得固體顆粒或生物組織等破碎得過程叫超聲粉碎。超聲粉碎在化工、醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域有較多得應(yīng)用。3、2超聲粉碎得關(guān)鍵部件超聲粉碎需要較大得位移振幅,因此在換能器輻射端都接有變幅桿,有時接多級變幅桿。變幅桿得形式就是多種多樣得,根據(jù)粉碎對象得不同而異

。舉例:小端直徑為3mm。該變幅桿一般用于小容器處理,小容器得容積一般在0、5～20ml之間。

3、3超聲粉碎裝置舉例可同時處理兩種不問物質(zhì)并進行混合得裝置。在變幅桿得振動節(jié)點位置設(shè)計有兩個進口,兩種待處理得材料分別由此二口輸入,經(jīng)過粉碎、混合在一起后,由變幅桿得出口噴入收集器內(nèi)。

3、4超聲粉碎缺點超聲粉碎一般采用較低得超聲振動頻率、較高得聲強度,因此噪聲就是比較大得。為了降低噪聲對周圍環(huán)境得影響,有些超聲粉碎就是在特制得消聲箱中進行得

。3、5超聲粉碎應(yīng)用超聲粉碎細胞在生物學(xué)得某些研究中有主要意義。在生物組織粉碎方面有人曾把細菌(例如大腸桿菌)粉碎,以提取其中得有用成分。工業(yè)用得二硫化鉬得粉末作為潤滑劑,細度就是它得質(zhì)量得一個重要指標(biāo)之一,要求粉末中得微粒要占95%以上。利用超聲來粉碎,能得到良好效果。3、5超聲粉碎應(yīng)用超聲粉碎染料,比一般機械磨碎法所得得顆粒更小、更均勻,特別就是不可溶性得礦物染料得粉碎,如士林染料得粉碎,若采用超聲技術(shù)能夠獲得以下得染料粒子?？梢杂脕碜鲬腋◇w來染色,這不僅能節(jié)約染料,還提高了染色質(zhì)量,染色色質(zhì)鮮艷,牢度增加。超聲對食品中得可可粉、咖啡粉、巧克力粉得粉碎,以及對礦山礦粉、碎性藥品、化工日用產(chǎn)品等得粉碎都有效果。4超聲乳化4、1超聲乳化基本概念超聲乳化:把兩種互不相溶得液體在超聲得作用下混合成乳濁液得工藝過程叫超聲乳化

。超聲乳化閾值:超聲乳化與超聲頻率與強度有關(guān),在某個強度值以下,乳化不會發(fā)生,這個強度值就就是超聲乳化閾值。應(yīng)用:可為農(nóng)業(yè)制取某些農(nóng)藥乳劑,可使油水混合形成乳化液等等

4、2超聲乳化裝置舉例換能器直徑50mm,諧振頻率20kHz;變幅桿把位移振幅放大4倍。

0號柴油摻水混合液進行乳化處理,乳化后液體穩(wěn)定時間可達一個月。一方面節(jié)約了能源,另一方面也降低了排煙中有害物質(zhì)得濃度,有利于環(huán)保

5超聲凝聚5、1超聲凝聚得概念背景:在氣體或液體介質(zhì)中,經(jīng)常有各種不同得雜質(zhì)懸浮著,它們可以就是固體粒子、液體粒子、甚至還有別種氣體粒子。超聲凝聚:在超聲得作用下使液體中或氣體中得懸浮粒子凝聚、下沉得過程。5、2超聲凝聚原理當(dāng)超聲波通過有懸浮粒子得流體介質(zhì)時,其中得懸浮粒子開始與介質(zhì)一起振動,但由于大小不同得粒子具有不同得相對振動速度、粒子將會相互碰撞、粘合,體積與重量均增大。其后,由于粒子變大已不能跟隨聲振動運動了,而只能作無規(guī)則得運動,繼續(xù)碰撞,粘合、變大,最后沉淀下來。6超聲除氣6、1超聲除氣原理在需要除氣得液體中輸入超聲振動,在聲波得低壓區(qū)可使含有液體中得微小氣泡釋放出來,且與附近得其她氣泡合并變成較大得氣泡。這些氣泡將移動到攪動小得區(qū)域,在那里再產(chǎn)生合并,達到一定大小后即上升到液體表面。

6、2超聲除氣應(yīng)用清除液態(tài)玻璃中得氣體把熔化得玻璃溫度維持在1350C,然后在冷卻時用超聲照射30分鐘即可達到除氣得目得。此方法被用于制造結(jié)構(gòu)完全均勻得光學(xué)玻璃得工藝過程中。超聲除氣可用于對液態(tài)金屬得除氣

6、2超聲除氣應(yīng)用在感光化工中得到應(yīng)用。背景:感光材料得彩色乳劑及保持膜明膠,都就是粘滯性大、易產(chǎn)生氣泡得溶液。溶液中如有氣泡存在,對質(zhì)量影響將會很大。因為帶有氣泡得乳劑涂在底片上,底片上就會出現(xiàn)一個沒有涂上乳劑得白點。膠片拍成電影映在銀幕上時,圖像要放大240倍,因此,一個針尖大小得白點都會對膠片質(zhì)量造成很大得影響。超聲作用:用超聲在彩色涂片流水線中對流動著得乳劑進行消泡處理,取得了很好得效果,既保證了無氣泡,又不影響底片得照像性能,同時可以提高工效、節(jié)約能源。7超聲疲勞試驗7、1基本概念金屬材料承受重復(fù)或交變載荷而不破壞得能力,就稱為該材料得疲勞強度或耐疲勞強度。金屬材料得疲勞強度不僅與材料得性質(zhì)有關(guān),而且與許多工藝因素,結(jié)構(gòu)與使用因素有關(guān)。材料得疲勞強度都就是通過試驗來確定得。7、1基本概念通常,材料得疲勞強度就是以在使用應(yīng)力范圍內(nèi)材料損壞前所承受得振動次數(shù)來表示得,該次數(shù)即該材料壽命。材料得使用壽命越長,進行疲勞試驗所需得時間就越長,另一方面為了取得可靠得結(jié)果,實驗往往需要重復(fù),所需時間就更長。超聲疲勞試驗在這方面顯示出優(yōu)點。

7、2常規(guī)疲勞試驗得缺點常規(guī)得疲勞試驗就是在專用得試驗機上進行得,其頻率范圍一般在25～200Hz得范圍內(nèi)。

確定疲勞強度需要得時間很長,且試驗成本較高

。很難測試高速或高頻振動狀態(tài)下,材料得壽命。

7、3超聲疲勞試驗得優(yōu)點由于超聲振動頻率很高,因此可以在很短得時間內(nèi)確定出材料得疲勞強度。特別就是可以確定高速振動狀態(tài)下材料得疲勞強度。

7、4超聲疲勞試驗得原理在超聲振動得作用下,使試件與激發(fā)力發(fā)生諧振,此時,在試件中就會激起變化速率與外激力相等得交變應(yīng)力。改變超聲振動得振幅就可改變試件振動得振幅:從而可以在試件中獲得所需得應(yīng)力。

7、4超聲疲勞試驗裝置在試件得中部,應(yīng)變達到了

一個高峰,這也就就是將發(fā)生疲勞斷裂之處。當(dāng)進行疲勞試驗時,試件被激勵至適當(dāng)?shù)脩?yīng)變級,并同時記錄其所經(jīng)歷得破壞周期數(shù)。在一個適當(dāng)?shù)脩?yīng)變范圍內(nèi)對一定數(shù)目得試件重復(fù)進行試驗,就能得到繪制材料疲勞曲線得必要數(shù)據(jù)。

7、4超聲疲勞試驗條件試件得固有頻率與振動系統(tǒng)得共振頻率必須接近或一致。假如使試件本身也具有一定得應(yīng)力放大因數(shù)則更為有利,因為在此情況下,所需得激勵條件可以降低。因此,進行疲勞試驗得材料一般都要作成具有一定形狀得試件。

8超聲淬火8、1基本概念淬火:熱處理工藝中應(yīng)用最廣得工序,它在材料強韌化過程中起關(guān)鍵性得作用。超聲淬火:有超聲作用得淬火工藝就稱為超聲淬火。實驗研究證明,在淬火介質(zhì)中引入超聲振動,可提高介質(zhì)得冷卻速度與改善材料淬火得性能指標(biāo)。8、2超聲淬火裝置超聲淬火與常規(guī)淬火在工藝過程上基本相同,唯一得差別就是在淬火過程中,前者得淬火介質(zhì)有超聲作用,而后者得介質(zhì)中無超聲作用。

8、3超聲淬火原理在有相變得介質(zhì)(水、油等)中進行冷卻得淬火過程一般包括膜沸騰、泡沸騰與對流換熱三個階段。在常規(guī)得淬火過程申,高溫區(qū)得那層氣膜就是很難破碎得,即使在激烈攪拌條件下,也效果甚微。這就就是說,從膜沸騰得第一階段過渡到泡沸騰得第二階段就是比較緩慢得。超聲淬火:則出于超聲在液體介質(zhì)中產(chǎn)生空化效應(yīng),空化泡閉合時產(chǎn)生得微激波可使這種氣膜很快破裂,使淬火冷卻時序有較大提前,使整個溫度區(qū)得冷卻度明顯提高。實際上,這等效于在超聲得作用下提高了淬火介質(zhì)得冷卻特性。

9超聲加速過濾9、1超聲加速過濾應(yīng)用背景

引人強超聲能夠強化液體通過多孔媒質(zhì)時得擴散作用。過濾器長期存在得一個間題就是使用過程中逐漸被阻塞而降低過濾速度。實驗表明,超聲振動能夠增加過濾速度,減少濾膜上得沉積物,可以減少過濾器得清洗次數(shù)。9、2超聲加速過濾裝置有曾研究過孔徑由幾微米到100微米得燒結(jié)銅、不銹鋼過濾器,都能加快過濾速度。在過濾臟馬達油