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超聲波噴涂或超聲噴涂是一種利用超聲波霧化技術(shù)進(jìn)行的薄膜涂層沉積工藝。首先將要沉積的涂層材料配置成溶液、溶膠或懸浮液等液體，然后這些液體通過一個(gè)被稱為超聲波噴頭的特殊超聲波霧化裝置霧化成微米級(jí)的微小液滴，這些微小液滴再通過一定量的載流氣體均勻地沉積在基材表面，從而形成薄膜涂層。對(duì)于某些特定的薄膜材料，超聲波噴涂可以用氣相沉積或?yàn)R射等薄膜沉積設(shè)備成本的很小的一部分而獲得品質(zhì)相當(dāng)?shù)谋∧ね繉?，故此超聲噴涂被視為是一種經(jīng)濟(jì)且優(yōu)秀的薄膜沉積工藝。與傳統(tǒng)的單流體或二流體噴涂（空氣噴涂）相比，超聲噴涂具有非常柔和均勻的霧化、不堵塞的噴槍、高度可控的噴霧流量等顯著優(yōu)勢(shì)，從而獲得遠(yuǎn)高于二流體噴涂的原料利用率（可達(dá)4倍以上），更高的均勻度和控制精度、更低的維護(hù)成本。下面我們就詳細(xì)介紹一下超聲波噴涂中的核心部件——超聲波噴頭。
圖1：超聲波噴頭霧化示意圖
超聲波噴頭，又名超聲波噴嘴、超聲波噴槍等，是一種基于朗之萬換能器原理的超聲波霧化裝置。將超聲波的最大振幅設(shè)計(jì)在噴頭的最前端，液體從噴頭后部輸送到前端時(shí)被前端的高頻超聲波振蕩撕碎成細(xì)小的液滴從而形成霧化，之后可再通過一定量的載氣將液霧送至被噴涂物體或特定空間中。在不超出限度的情況下，液體霧化量?jī)H由液體的輸送量和噴霧頭的工作頻率決定。超聲噴頭的霧化依然符合機(jī)械波霧化原理，其霧化液滴的大小可參考如下公式:
其中f為超聲頻率，D0.5為平均液滴直徑，ρ為液體密度，σ為液體張力。由于液體張力與液體粘度有一定關(guān)系，且可被超聲霧化的液體粘度很有限，一般為30cps以下，故此液體張力可變化的范圍很小。同樣，液體密度也基本不會(huì)有太大差異。所以決定霧化液滴大小的主要因素為超聲頻率，從公式中可以看出超聲頻率越高霧化粒徑越小，我們可以通過調(diào)整超聲噴頭的超聲頻率來控制霧化液滴的大小。通過激光粒度儀可測(cè)得氣溶膠顆粒粒徑的分布情況，圖2為東方金榮Siansonic超聲波噴頭與二流體噴頭霧化液滴粒徑的分布圖，我們可以看出超聲波噴頭的霧化液滴更小且分布更加均勻。
圖2：超聲波噴頭與二流體噴頭霧化液滴粒徑的分布圖
各種各樣的涂料、化學(xué)試劑、潤(rùn)滑油、顆粒懸浮液等均可被超聲波噴頭霧化。但是，液體的粘稠度、可混合性、固體含量等均需要被考慮。對(duì)于最佳霧化效果，液體粘稠度應(yīng)在30cps以下，固體含量應(yīng)低于30%。因?yàn)殪F化過程受液體膜所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)效果影響，高粘稠度勢(shì)必造成低霧化量，給應(yīng)用帶來困難。由于高聚合物分子具有高度的內(nèi)聚力，霧化含有高聚合物分子的液體，即使是在沖淡情況下也是存在問題的。大多時(shí)候，固體顆粒混合液是可以被霧化的。因?yàn)楣腆w顆粒會(huì)分散于霧化顆粒當(dāng)中。甚至是粗雜的泥漿，在低速傳給噴頭的情況下也是可以被霧化的。
