بدأت تقنية الموجات فوق الصوتية تُطبّق في المجال الطبي في خمسينيات وستينيات القرن الماضي، وشهدت تطورًا ملحوظًا بعد ذلك. حاليًا، بالإضافة إلى تطبيقاتها الطبية، تطوّرت تقنية الموجات فوق الصوتية في صناعة أشباه الموصلات، والصناعات البصرية، والبتروكيماويات، وغيرها، لكنها تعتمد بشكل رئيسي على خصائصها المتمثلة في التوجيه الجيد والقدرة العالية على الاختراق في أعمال التنظيف.

أصبحت تقنية الموجات فوق الصوتية وسيلةً متزايدة الأهمية للتدعيم. بالإضافة إلى التطبيقات المذكورة أعلاه، تتمتع بإمكانيات تطبيقية ممتازة في مجالات أخرى قيد التطوير.

مبدأ عملية تقوية المعادن بالموجات فوق الصوتية:

كما نعلم جميعًا، يُعدّ "ثلاث عمليات نقل وتفاعل واحد" في العمليات المعدنية العامل الأساسي المؤثر على كفاءة العملية وسرعتها وقدرتها، كما يُلخص عملية الإنتاج المعدني والكيميائي بأكملها. يشير ما يُسمى "ثلاث عمليات نقل" إلى انتقال الكتلة، وانتقال الزخم، وانتقال الحرارة، بينما يُشير "تفاعل واحد" إلى عملية التفاعل الكيميائي. باختصار، ينبغي أن تبدأ كيفية تحسين العمليات المعدنية بتحسين كفاءة وسرعة "ثلاث عمليات نقل وتفاعل واحد".

من هذا المنظور، تلعب تقنية الموجات فوق الصوتية دورًا هامًا في تعزيز نقل الكتلة والزخم والحرارة، والذي يُحدده أساسًا الخصائص الكامنة للموجات فوق الصوتية. باختصار، يُحقق تطبيق تقنية الموجات فوق الصوتية في العمليات المعدنية ثلاثة تأثيرات رئيسية:

1. تأثير التجويف

يشير تأثير التجويف إلى العملية الديناميكية لنمو وانهيار فقاعات التجويف الدقيقة في قلب الغاز الموجودة في الطور السائل (الذوبان، المحلول، إلخ) عند وصول ضغط الصوت إلى قيمة معينة. أثناء عملية نمو وتمزق وانطفاء الفقاعات الدقيقة المتولدة في الطور السائل، تظهر بقع ساخنة في المساحة الصغيرة المحيطة بجهاز الفقاعات، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وضغط المنطقة، مما يُعزز التفاعل.

2. التأثير الميكانيكي

التأثير الميكانيكي هو التأثير الناتج عن حركة الموجات فوق الصوتية في الوسط. يُحدث الاهتزاز عالي التردد وضغط الإشعاع للموجات فوق الصوتية اهتزازًا وتدفقًا فعالين، مما يسمح بتوجيه الوسط بالدخول إلى حالة الاهتزاز في حيز انتشاره، مما يُسرّع عملية انتشار المواد وذوبانها. يُساهم التأثير الميكانيكي، إلى جانب اهتزاز فقاعات التجويف، والنفاثة القوية، والاصطدام الدقيق الموضعي على السطح الصلب، في تقليل التوتر السطحي والاحتكاك للسائل بشكل كبير، وتدمير الطبقة الحدودية لواجهة المادة الصلبة-السائلة، مما يُحقق تأثيرًا لا يُمكن تحقيقه بالتحريك الميكانيكي العادي منخفض التردد.

3. التأثير الحراري

التأثير الحراري هو الحرارة المنبعثة أو الممتصة من النظام أثناء عملية التغير في درجة حرارة معينة. عند انتشار الموجات فوق الصوتية في الوسط، تمتص جزيئات الوسط طاقتها باستمرار، مما يحولها إلى طاقة حرارية، ويعزز انتقال الحرارة في عملية التفاعل.

من خلال التأثير الفريد لتكنولوجيا الموجات فوق الصوتية، يمكنها تحسين كفاءة وسرعة "ثلاثة انتقالات وتفاعل واحد" في العملية المعدنية بشكل فعال، وتحسين النشاط المعدني، وتقليل كمية المواد الخام وتقصير وقت التفاعل، وبالتالي تحقيق الغرض من توفير الطاقة وخفض الاستهلاك.