光学冷加工中超声波清洗过程介绍

超声波清洗技术的基本原理可以看作是利用超声波场产生的巨大力来促进一系列物理化学变化的方法，以达到清洗介质协同清洗的目的。

当高频振动高于声波(28~40 kHz)传输到清洁介质时，液体介质在高频振动作用下产生几乎真空的空泡。在相互碰撞、合并和消散的过程中，液体局部压力可以瞬间产生数千个大气压。如此大的压力使周围材料发生一系列物理化学变化。这种效应被称为‘空化’：

1.空化能破坏物质分子的化学池键，引起各种物理变化(溶解、吸附、乳化、分散)和化学变化(氧化、还原、分解、组合等)。

2.当空泡的固有频率等于超声波频率时，可以产生共振，并在谐振腔气泡中积累大量热能，这足以破坏周围物质的化学键，引起物理化学变化。

3.空泡形成时，两个气泡壁之间存在较大的电位差，导致空泡的活化和周围物质的活化，从而引起物质的物理化学变化。

超声场为清洗提供了很大的能量，但也需要化学洗液作为介质。一般化学洗液分为两大类，一类是有机溶剂，主要溶解在粘合剂（沥青，松香等），防护材料（沥青，树脂等）等有机物中；），并根据溶解度相近的化学原理研磨润滑油，在光学清洗中，最初使用三氯乙烯，芳香烃，氟利昂等作为清洗剂，这些物质虽然溶解度较强，但有的易挥发，有毒，有的对大气臭氧层有破坏作用，逐渐被禁用。目前国内使用上述物质的一些改良产物或某些烃类作为溶剂。目前，另一类清洗剂是水性清洗剂，主要由表面活性剂组成。其清洗原理简单地说是因为表面活性剂分子结构中同时含有亲脂亲水基团，具有极性和结构不对称的特点。

那么，在光学冷加工中，超声波清洗是如何达到清洗目的的呢？一般来说，清洗过程主要是以干燥来命名的。例如，ipa工艺指的是用ipa(异丙醇)蒸汽脱水干燥的清洗工艺，纯水工艺指的是用热纯水慢拉干燥或用冷纯水旋转干燥的清洗工艺。当然，还有其他命名方法。经过不断的变化和发展，ipa工艺和纯水工艺是光学冷加工的主要清洗工艺。

Ipa工艺包括四个过程：洗涤、漂洗、脱水和干燥。

因为洗涤过程分为溶剂清洗和水基清洗，所以有不同的过程：溶剂清洗、溶剂蒸汽干燥和水基清洗；也有先进行溶剂清洗，然后用乳化剂溶解溶剂，再进行水基清洗的情况。显然，后者流动更顺畅、更紧凑，并且设备要求简单。清洗后，镜片表面不会有结合力强的污垢，只有一些清洁剂和松散污垢的混合物。

众所周知，无机光学玻璃是一种没有固定分子结构的过冷熔融物质，其结构式可以描述为由二氧化硅和一些金属氧化物形成的网络结构。它的骨架结构是高键能的硅氧共价键，外围是氧和低键能的金属离子形成的离子键，容易断裂。在洗涤过程中，由于超声波场和化学洗涤剂的共同作用，一些硅氧键含量低或外围键能极小的材料在洗涤过程中容易发生变化，导致洗涤不良效果。因此，选择温和的洗液、合适的洗液浓度、温度、超声波功率和清洗时间对保证镜片的清洗质量非常重要。

用流动的水溶解和去除清洗过的镜片表面的洗液和污垢的过程叫做冲洗。影响漂洗效果的因素有：洗液的漂洗性能、漂洗水的纯度、温度和流动性、超声波频率等。一般情况下，电导率为0.1s/m的纯水可以满足40khz和常温下的漂洗要求。

冲洗后，镜片表面的清洁度应与冲洗水的清洁度一致。加入ipa 进入后，虽然ipa可以与纯水无限混溶，但在超声波的作用下，这种混溶可以更快、更彻底地进行，使镜片表面的状态与混溶后的ipa相同。这个过程叫做脱水。因此，影响脱水的主要因素是异丙醇纯度、超声波频率和脱水时间。一般来说，异丙醇的ZD浓度高于97%。

脱水透镜进入在异丙醇蒸汽罐中干燥。蒸汽罐的结构一般如下：罐身下部是ipa液体，周围是高沸点油加热腔，上部是一个由几圈冷凝管围成的冷凝区，循环冷水由冷水机组提供，镜头由链条驱动支架驱动在干燥罐内运行。干燥的原理和过程如下：蒸汽罐ipa在高温油的加热下沸腾，蒸汽上升进入到冷凝区，在冷凝区形成浓度和温度相对稳定的蒸汽区。当表面带有液体ipa的镜片进入脱水时，蒸汽区的蒸汽在低温镜片表面冷凝液化，像淋浴一样冲洗镜片表面。当镜头表面温度和蒸汽温度相同时，液体ipa不再附着，但所有转化都是ipa。这时，透镜被支架驱动上升回到冷凝区。在这个过程中，透镜表面的ipa蒸汽由于温度降低而冷凝和液化。一些液化的ipa在表面张力和重力的作用下离开镜片，一些在夹具散热时从镜片表面挥发。在上述过程之后，透镜表面被干燥。可以看出，影响干燥的因素很多：异丙醇纯度、干燥位置、链条提升速度、冷水机水温、冷凝行程长度、干燥时间、夹具材料和形状的选择等。

以上是ipa流程四个流程的简要介绍。纯水工艺包括三个过程：清洗、漂洗和干燥。洗涤和漂洗与ipa过程相同，不会重复。

在一定的高温下，电阻率大于15m的纯水的表面张力可以达到ZD值，冲洗后的透镜浸入其中，表面不被润湿。当倾斜并慢慢抬起时，由于表面张力很大。纯水在表面迅速收缩成球体并离开镜片，脱水的镜片在过滤的热空气下干燥。因此，水的纯度、温度、慢拉速度、工件的倾斜度和热空气的清洁度对干燥有很大的影响。

冷纯水干燥过程非常简单：将经过纯水漂洗的镜片放入离心干燥机中，当工件处于平衡状态时，启动干燥机，利用离心分离原理将镜片表面的纯水分离干燥，可以满足低要求效果的镜片，节省ipa和空间。但是烘干机的平衡性能非常高。

以上是光学冷加工中超声波清洗过程的简要介绍。工艺的载体是设备，设计合理、性能稳定的超声波清洗机可以充分发挥超声波清洗工艺的优势。