超声波空化原理

2.2 超声波空化作用破碎氧化膜的研究现状

超声波是一种特殊的声波波动形式，频率和振幅不同的超声波具有的不同的能量，应用领域不同；在强度较低时可应用于探测和承载信息，称为检测超声；超声振幅和频率超过一定值时，定义为功率超声，介质中接收到超声波能量，引发介质自身性质和状态发生改变。超声波钎焊就是利用功率超声的这种特性进行材料连接。功率超声实际在瞬间释放出能量，超声波独特的波动属性（线性振动与非线性振动）使得在介质中产生巨大的周期性变化的加速度和声压。特别是当声波振幅很大时，传播过程中声压声强梯度很大。声流效应和声空化效应是超声波引发的效应中最主要的两种效应。

(1) 声流效应：由于介质的吸收作用和散射现象，在液相中超声波的传播不可避免伴随着振幅的衰减，这在液体内形成一定的声压梯度，液体会由于梯度作用表现向某一特定方向喷射。

(2) 声空化效应：超声波作用在液体中传输时分为横波、纵波和表面波，液体分子在外加能量下往复振动，并受到周期性交变声场的作用。但是声波的分布不均，具有叠加、衰减等特征。空化泡的产生是由于介质处在声波稀疏相时会受到拉应力，当声压值超过介质所承受的阈值时，空化泡或空穴产生；声波的周期属性决定在随后的半波中，刚形成的空穴或空化泡会瞬间闭合，无法闭合时会产生崩溃。随着声波循环往复，局部的气泡形成与崩溃持续进行，瞬间会在液相局部区域产生高温和高压，空化小泡崩溃的瞬间温度可高达几万摄氏度，压强104atm，这种现象表现为“空化作用”