Кавитация – образование в жидкости пульсирующих пузырьков (каверн, полостей), заполненных паром, газом или их смесью. Различаются акустическую кавитацию, возникающую при прохождении звуковой волны большой интенсивности, и гидродинамическую, обусловленную сильным локальным понижением давления в жидкости вследствие больших скоростей течения. В интенсивной звуковой волне во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки, которые резко, которые резко захлопываются после перехода в область повышенного давления, порождая сильные гидродинамические возмущения в жидкости, интенсивное излучение акустических волн и вызывая разрушение поверхностей твёрдых тел, граничащих с кавитирующей жидкостью.Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление P в жидкости становится ниже некоторого критического значения P_k, соотвествующего порогу кавитации. Для идеальногой однородной чистой жидкости вероятность спонтанного образования пузырьков становится заметной лишь при достаточно больших растгивающих напряжениях, например для воды теоретическая величина P_k близка к -1,5*10⁸ Па = -1500 кгс/см², реальные жидкости менее прочны. Максимальное растяжение тщательно очищенной воды, достигнутое при 10 градусах Цельсия, составляет -2,8*10⁷ Па = -280 кгс/см². В обычных условиях разрывы сплошности жидкости возникают при давлениях, лишь немного меньших давления насыщенного пара при данной температуре. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых зародышей кавитации – микроскопических газовых пузырьков, твёрдых частиц с трещинами, заполненными газом и т.д.

Кавитация возникает в результате потери устойчивости зародышей, попадающих в область пониженного давления в звуковой волне, и быстрого их роста.

 

 Кавитационная эрозия – разрушение поверхности твёрдых тел под действием кавитации. Возникновение кавитации в жидкости, контактирующей с поверхностью твёрдого тела, чаще всего с металлом, приводит к его разрушению. Вначале металлическая поверхность становится шероховатой, появляется рельефность, развиваются впадины и неровности. При достаточном времени кавитационного воздействия разрушение распространяется вглубь и может быть даже сквозным, что приводит к значительным потерям металла и выходу из строя ответственных деталей.

Кавитационная эрозия, возникающая при акустической кавитации, играет как отрицательную, так и положительную роль. Например, она вызывает разрушение диафрагм и звукопроводов излучающих систем, сокращая срок службы ультразвуковых преобразователей. Вместе с тем кавитационная эрозия успешно используется в ряде процессов ультразвуковой технологии: она играет определяющую роль в процессах ультразвуковой очистки при разрушении и удалении загрязнений, прочно связанных с поверхностью твёрдого тела (окалина, нагары, смолистые осадки и др.). Кавитационная эрозия позволяет получать материалы сверхтонкой дисперсности (диспергирование), что необходимо, например, в порошковой металлургии, в технологии изготовления некоторых керамических и полупроводниковых материалов, при изготовлении высокодисперсных люминофоров для электроннолучевых приборов, в фармакологической промышленности. Кавитационная эрозия используется для снятия заусенцев и сглаживания острых кромок на поверхности прецизионных деталей, применяемых в приборостроении, электронной технике, часовой промышленности, оптико-механическом производстве и др.

Для диспергирования и снятия заусенцев применяются специальные установки (рис.1), где в качестве источника колебаний используется стержневой магнитострикционный преобразователь мощностью 4,5 кВт, работающий на частотах 18-22 кГц. Постоянство амплитуды колебаний обеспечивается схемой обратной акустической связи. Материалы для диспергиварония или для детали для снятия заусенцев помещаются в герметически закрываемую камеру объёмом до 1,5 л. Избыточное статическое давление в пределах 4-6 атм создаётся в камере над жидкостью сжатым газом от баллонов или компрессора. При диспергировании на таких установках предварительно измельчённых минералов, металлических и полупроводниковых материалов, керамики и т.п. достигается конечная дисперсность порядка нескольких мкм, а для ряда материалов - долей мкм при продолжительности УЗ-вой обработки 20-30 мин.