在超聲清洗中，換能器將電源所提供的電能轉變為超聲機械振動，并將此振動傳到清洗液中。當液體中有聲波傳播時，會產生空化現象，空化核在周圍產生上千個大氣壓，破壞不溶性污物而使它們分散于清洗液中。蒸汽型空化對污層的直接反復沖擊，一方面破壞污物與清洗件表面的吸附，另一方面也會引起污物層的破壞而脫離。氣體型氣泡的振動能對固體表面進行擦洗，污層一旦有縫可鉆，氣泡還能“鉆入”裂縫中做振動，使污層脫落。由于超聲空化作用，兩種液體在界面迅速分散而乳化。當固體粒子被油污裹著而黏附在清洗件表面時，油被乳化，固體粒子即脫離。

聲流和輻射壓是大振幅波在媒質中傳播時產生的非線性現象。空化氣泡在振蕩過程中會使液體媒質本身產生一種環流，即所謂聲流。它可使振動氣泡表面處存在很高的速度梯度和黏滯應力，促使清洗件表面污物的破壞和脫落。超聲空化在固體和液體界面上所產生的高速微射流能夠除去或削弱邊界污層，腐蝕固體表面，增加攪拌作用，加速可溶性污物的溶解，強化化學清洗劑的清洗作用。大振幅波在媒質中傳播使聲場中的物體受到一個力的作用，這個力稱為輻射力，對清洗也起到一定作用。此外，超聲振動在清洗液中引起質點很大的振動速度和加速度，亦使清洗件表面的污物受到頻繁而激烈的沖擊。

上述作用機理可以簡述為：當超聲在清洗液中傳播時，會產生空化、輻射壓、聲流等物理效應，這些效應對污物有機械剝落作用，同時能促進清洗液與污物的化學反應，其中空化效應在超聲清洗中起主要作用

由上述超聲清洗原理可知，超聲清洗有其顯著的特點。凡是液體浸到、空化產生的地方都有清洗作用，不受清洗件表面復雜形狀的限制，如精密零部件表面的空穴、凹槽、狹縫和深孔、微孔都能得到清洗，而這些部位用一般刷洗方法是不能清洗干凈的；在某些場合可以用水劑代替油或有機溶劑進行清洗，或降低酸或堿的濃度清洗，減少環境污染；易于實現遙控或自動化等。所以，超聲清洗能提高清洗速度、清洗質量、降低勞動強度，可減小人們直接接觸有害清洗液。鑒于以上優點，這項技術在工業上已得到廣泛應用，并在不斷發展。

對聲吸收較大的材料，如棉紗織物、橡膠和泡沫塑料等，超聲清洗的效果較差。

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