超音波技術は1950年代から1960年代にかけて医療分野への応用が始まり、その後も大きな進歩を遂げました。現在では、医療分野への応用に加え、半導体産業、光学産業、石油化学産業などにおいても成熟した技術となっており、主にその優れた指向性と強力な浸透力といった特性を活かして洗浄作業に利用されています。

超音波技術は、強化のための手段としてますます重要になっています。上記の用途に加え、他の分野においても優れた応用の可能性を秘めており、今後さらなる発展が期待されます。

超音波強化冶金プロセスの原理:

周知の通り、冶金プロセスにおける「三伝一反応」は、プロセスの効率、速度、生産能力に影響を与える重要な要素であり、冶金・化学生産プロセス全体を要約するものです。いわゆる「三伝」とは、物質移動、運動量移動、熱移動を指し、「一反応」とは化学反応のプロセスを指します。つまり、冶金プロセスの改善は、まず「三伝一反応」の効率と速度を向上させることから始めるべきです。

この観点から見ると、超音波技術は質量、運動量、熱の移動を促進する上で優れた役割を果たしており、これは主に超音波の固有の特性によって決定されます。まとめると、冶金プロセスにおける超音波技術の応用は、主に以下の3つの効果をもたらします。

1、キャビテーション効果

キャビテーション効果とは、液相(溶融体、溶液など)中に存在する微小気泡が、音圧が一定値に達した際に成長・崩壊する動的プロセスを指します。液相中に発生した微小気泡の成長、破裂、消滅の過程で、気泡発生装置周囲の微小空間にホットスポットが発生し、高温・高圧領域が形成されて反応が促進されます。

2、機械的効果

機械効果とは、超音波が媒体中を前進することによって生じる効果です。超音波の高周波振動と放射圧は、効果的な撹拌と流動を形成し、媒体誘導部がその伝播空間内で振動状態に入ることで、物質の拡散・溶解プロセスを加速します。機械効果はキャビテーション気泡の振動と相まって、固体表面に発生する強力な噴流と局所的な微小衝突によって、液体の表面張力と摩擦を大幅に低減し、固液界面の境界層を破壊することで、通常の低周波機械撹拌では達成できない効果を実現します。

3、熱効果

熱効果とは、システムが特定の温度に変化する過程で放出または吸収される熱を指します。超音波が媒体中を伝播する際、そのエネルギーは媒体粒子によって継続的に吸収され、熱エネルギーに変換され、反応プロセスにおける熱伝達を促進します。

超音波技術の独特な効果により、冶金プロセスにおける「三伝一反応」の効率と速度を効果的に向上させ、鉱物の活性を高め、原材料の量を減らし、反応時間を短縮し、省エネと消費量の削減の目的を達成することができます。


投稿日時: 2022年4月20日