经过一个多世纪的发展,超临界二氧化碳流体技术已经应用于众多领域,诸如超临界二氧化碳清洗、超临界二氧化碳萃取、超临界二氧化碳发电等。超临界二氧化碳对材料具有较强的溶解能力和较好的渗透能力,结合超临界二氧化碳独特物理性质以及超声波清洗高效、节能等优势,自主设计“超声强化超临界二氧化碳复合清洗实验平台”进行研究。本文依据瑞利空化理论,结合超临界二氧化碳性质,估算出超临界二氧化碳流体中空化阈值约为10~7Pa,其压力与超临界二氧化碳静压力值相当。“超声强化超临界二氧化碳复合清洗实验平台”中的高压清洗腔可耐10MPa高压,通过硅橡胶加热电圈可控制高压清洗腔内温度在33℃,实验中保证二氧化碳处于超临界状态,设计并委托加工了此实验所需的夹心式压电陶瓷超声换能器。利用所设计的“超声强化超临界二氧化碳复合清洗实验平台”展开CD03碳钢片表面铁锈和油污清除实验。铁锈清除实验表明,CD03碳钢片在超临界二氧化碳流体中,经超声波(声功率:1200W,工作时长:10s,暂停时长:20s,即一个工作周期30s)不同循环次数作用下,1000次超声循环可取得较好的清洗效果,延长超声循环次数至1200次,有明显的坑窝状腐蚀产生。无超声作用时,样品无明显变化。油污清除实验,引入清洗率的概念,结果表明,被油污污染后的CD03碳钢片在超临界二氧化碳流体中经超声波循环作用15个周期,清洗率可达100%。表明超临界二氧化碳流体与大功率超声波结合后可取得较好的清洗效果,可将此项技术应用于微电子、半导体、精密机械以及芯片等领域的清洗。利用COMSOL Multiphysics 5.2a有限元软件,对高压清洗腔内部声场进行仿真分析,研究超临界二氧化碳在引入大功率超声波后清洗的作用机理。对高压清洗腔内部声压级,ZOX、ZOY截面的声压、超声波换能器轴线声压、速度、加速度进行分析。发现清洗腔内部最大声压为10~6Pa量级,达不到超临界二氧化碳流体发生空化所需最小声压,但其中心轴线处质点的加速度可达30000g,超临界二氧化碳流体对清洗物每秒数万次的冲击,引起巨大冲量,可将污垢剥离基体。高压清洗腔内Z轴180mm至190mm段,声压最大,将清洗样品置于此处可以取得最佳的清洗效果。分别对超声波清洗起主要作用的三大机制,空化机制、热机制、机械机制分析,得出该实验平台进行清洗时,机械机制是超声强化超临界二氧化碳复合清洗的主要动力。