超聲波機械效應

超聲波機械效應超聲波能量作用於(yu) 介質，會(hui) 引起質點高速細微的振動，產(chan) 生速度、加速度、聲壓、聲強等力學量的變化，從(cong) 而引起機械效應。超聲波是機械能量的傳(chuan) 播形式，與(yu) 波動過程有關(guan) ，會(hui) 產(chan) 生線性效變的振動作用。超聲波在介質中傳(chuan) 播時，質點位移振幅雖然很小 ，但超聲引起的質點加速度卻非常大。

若20kHz、1W/cm2的超聲波在水中傳(chuan) 播，則其產(chan) 生的聲壓幅值為(wei) 173kPa,這意味著聲壓幅值每鍾內(nei) 要在正負173kPa之間變化2萬(wan) 次，質點的加速度達1440km/s2,大約為(wei) 重力加速度的1500倍，這樣激烈而快速變化的機械運動就是功率超聲的機械振動效應。

當超聲介質不是均勻的分層介質時(例如生物組織、人體(ti) 等),各層介質的聲阻抗不同將使傳(chuan) 播的聲波產(chan) 生反射、形成駐波，駐波的波腹、波節造成壓力、張力和加速度的變化。由於(yu) 不同介質質點(例如生物分子)的質量不同，則壓力變化引起的振動速度有差異，使介質質點間的相對運動所造成的壓力變化，是引起超聲機械效應的另一原因。利用超聲的機械效應應進行加工處理(打孔、切
割、壓實、表麵強化、焊接、清洗、拋光及去除不希望的薄膜和髒物等),也用於(yu) 加速分散、均質、乳化、粉碎、殺菌等其他過程。

超聲波機械效應作用在生產(chan) 中得到了廣泛的應用，現舉(ju) 例如下。

機械攪拌

超聲的高頻振動及輻射壓力可在氣、液體(ti) 中形成有效的攪動與(yu) 流動。空化氣泡振動對固體(ti) 表麵產(chan) 生的強烈射流及局部流，均能顯著減弱液體(ti) 的表麵張力及摩擦力，並破壞固-液界麵的附麵層，因而達到普通低頻機械攪動達不到的效果。這一作用是藥物透人，美容品導人皮膚，超聲除氣，食品及化妝品調勻細化等應用的物理基礎。

相互擴散

利用超聲振動及空化的壓力、高溫效應，促使兩(liang) 種液體(ti) ，兩(liang) 種固體(ti) ，或液-固、液氣界麵之間，發生分子的相互滲透，形成新的物質屬性。金屬或塑料的超聲焊接，超聲乳化、清洗、霧化可歸為(wei) 此類作用。

均勻化

空化氣泡閉合後產(chan) 生的局部衝(chong) 擊波，可粉碎液體(ti) 中的顆粒，使其細化;使結晶均勻;將較大、不均勻乳滴分散為(wei) 微小均勻藥劑(如醫用造影劑、治癌藥劑等);甚至可包括消溶血栓等作用。

凝聚作用

超聲振動可使氣、液媒質中懸浮粒子以不同速度運動，增加相碰撞機會(hui) ;或利用駐波使它們(men) 趨於(yu) 波腹處，從(cong) 而發生凝聚過程。煙道收塵、人工降雨可屬此類。

機械切削作用

因超聲振動加速度甚大，加上空化的聲腐蝕作用，可對硬脆材料(寶石、陶瓷、玻璃、磁鋼等)進行特形精密加工。

粉碎作用

利用高強度超聲脈衝(chong) ，可以粉碎人體(ti) 內(nei) 的腎結石和膽結石而不損傷(shang) 軟組織。