超声波喷涂工艺简介

超声波喷涂工艺

超声波喷涂是利用超声波的能量把特定成分和浓度的溶液雾化为粒径微米量级的小液滴，在一定流速的气体流动输运下到达产品表面，通过溶剂挥发或加热产品使固态生成物沉积到衬底材料表面形成薄膜的薄膜制备工艺。

超声波雾化原理

超声雾化是利用超声能量使液体在气相中形成微细雾滴的过程,即在振动的液体表面产生超声波,由振幅所构成的振峰把液滴从表面分离并破碎。

液体材料被引流到振辐杆的表面，当液体材料接触到振幅杆的雾化面后，吸收了振动的能量，振幅杆的振动幅度必须精确控制，振幅过小，也就是所谓的低于临界振幅，将没有足够的能量将液体震碎，而到达雾化效果。如果振幅度过高，液体将会被直接分成大块颗粒。所以只有在合适的功率范围内振幅才能够产生比较理想的雾化效果。

液体雾化颗粒的大小由振动的频率，液体材料的黏度，液体的分子表面张力及密度等多要素决定，其中主要由振动的频率决定。频率越高，雾化颗粒的平均直径就越小。

超声雾化器的类型

超声雾化器分为两大类：流体动力型和电声换能型。

流体动力型超声雾化利用高速气体或液体激发共振腔而产生超声,其频率主要由共振腔的几何尺寸决定,雾滴大小与液流速率、气压大小和喷嘴结构有关。超声气雾化技术采用的就是流体动力型超声雾化器,另外水、有机液体、纳米级金属粉末浆料等液体介质的超声雾化也常采用这种形式。

电声换能器型超声雾化是利用换能器将高频电磁振荡转化为液体的机械振荡,使液体破碎成雾。主要有两种形式:一种是压电换能器在液体中辐射强超声,通过薄透声膜辐射到液中,而在液面产生喷泉状雾化,这是典型的超声加湿器原理;另一种是液体流至超声振幅杆表面,并形成薄液层,薄液层在超声振动作用下激起表面张力波,当振动面的振幅达到一定值时,液滴即从波峰上飞出而形成雾化的小液滴。

超声波喷涂设备对喷涂材料的要求

由于超声波振动一般是利用压电陶瓷的压电效应，在一定的频率和功率的条件下产生的，所以超声波雾化液体材料的能力是有限的，故对使用的液体材料有着一定的限制和要求。液体材料的黏度，液体的分子表面张力及密度必须符合超声波雾化的要求才能被有效的雾化成微小的颗粒。一般液体的黏度要求20CPS以下，液体的分子表面张力在72 mN/m以下的材料能够取得较好的雾化效果（一般材料大多为复杂的混合物，所以必须要针对具体成分以实践检验为准）。

超声波喷涂的优点

1）更均匀，更薄，更可控。

超声喷涂是利用压电效应将电能转化为高频机械能，从而对液体进行雾化，所以超声波高频振荡能够将液体雾化成均匀的微米级颗粒（20-100微米），相对于传统的压力式的喷头，超声喷涂可以得到更均匀、更薄、更可控的薄膜涂层。一般超声波喷涂形成的薄膜涂层可以达到90%以上的均匀度。

2）材料利用率高

相对于气压力雾化型工艺，超声波喷头仅需要0.1-0.5兆帕的微小气量，液体雾化后到达目标平面的过程中产生飞溅较少，挥发较少，所以材料利用率高达90%以上（部分酮类等易挥发溶剂作主要成分的液体材料利用率也能达到80%）。

3）对环境和人员的伤害较低

气压式喷涂虽然也能获得比较均匀的涂层，但由于气雾化喷涂在喷涂生产时，材料浪费较大，大量材料弥漫在空间环境中，对设备，对人员，对环境造成了严重的污染和伤害。而超声波雾化工艺由于对气的需求较低，相对而产生的污染和伤害也较低。

超声波喷涂的缺点

1）对喷涂材料比较挑剔

由于超声雾化是利用超声能量使液体在气相中形成微细雾滴，所以超声波能雾化的材料受到材料本身的黏度，液体表面张力等要素的影响较大，以至于只有黏度较低（小于20cps），分子表面张力较低的材料才能够使用超声波雾化工艺。

2）超声波发生器和超声波喷头的成本较高

相对于压力雾化喷涂装置，由于超声波喷头需要将电能转化成特定频率和功率的机械振动，内部结构较为复杂，制造加工难度较大等因素，导致超声波喷头的制造成本较高，限制了其广泛应用与推广。