超声波震板-材质的厚度的不同会产生什么影响?(超声波 材料)

超声波震板-材质的厚度的不同会产生什么影响?(超声波 材料)

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超声波清洗振板的厚度是其核心设计参数之一,它会直接影响到清洗效果、设备寿命和安全性。

振板厚度不是一个可以随意更改的数值,而是需要根据其工作频率进行精密设计和匹配的。核心原理:共振与频率匹配

超声波振板工作的基础是压电效应和机械共振。压电陶瓷片在交变电场作用下会产生高频振动,但这个振动非常微弱。振板(通常是金属基板,如钛合金或不锈钢)的作用是放大这个振动,并将其传递到清洗液中。

关键点:振板本身有一个固有的共振频率。这个频率主要由其材料、形状和厚度决定。对于简单的平板状振板,厚度与共振频率成反比。即振板越厚,共振频率越低;振板越薄,共振频率越高。

设计目标:为了让能量转换效率最高,必须让压电陶瓷的驱动频率、振板的固有共振频率以及整个振动系统的共振频率三者匹配。如果厚度设计不当,就会“失谐”。

不同厚度产生的具体影响

对工作频率的决定性影响

这是最直接的影响。制造商根据目标工作频率来设计和加工振板的厚度。

低频清洗:需要较厚的振板。低频超声波产生的空化气泡更大,爆炸能量更强,适用于清洗重油污、大工件或具有顽固污垢的物体。

高频清洗:需要较薄的振板。高频超声波产生的空化气泡更小、更密集,但爆炸能量较弱。适用于清洗精密零件、电子元件、『半导体』晶圆、光学镜片等,能有效去除微米、亚微米级的颗粒,且对工件表面损伤更小。

对振动幅度和能量传递效率的影响

厚度匹配良好时:振板处于最佳共振状态,振动幅度最大,能量从电能到声能的转换效率最高。清洗效果最好,且能耗最低。

厚度过薄(相对于目标频率):

可能导致振板机械强度不足,在长期高强度振动下容易疲劳开裂。

振动幅度可能过大且难以控制,容易产生“节点”漂移,导致振板表面振动不均匀,出现“条纹”或“死角”,清洗效果不一。

严重时,过大的振幅可能直接损坏振板或与其粘接的压电陶瓷。

厚度过厚(相对于目标频率):

振板变得笨重,难以被有效驱动,振动幅度会减小。

能量转换效率降低,大量的电能会转化为热能而不是声能,导致振板自身发热严重。这不仅浪费能源,还可能因过热而损坏压电陶瓷的极化性能或粘接胶层。

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