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超声波空化是功率超声波在液体媒质中引起的一种特有的物理过程，由它而引起的多种空化效应，在超声波清洗机理中起决定性作用。
一、空化产生的原因
超声波是一种疏密交替的纵波，超声波在液体中传播时能使液体质点出现稀疏状态和密集状态，在密集状念区，液体质点承受正压力，而在稀疏状态区则承受拉力。当拉力超过液体质点间相互引力(静压力)时，原本密集的质点会被拉力撕开一个空洞，形成真空空穴，此时溶解在液体中的气体会瞬间进入空穴形成气泡。而当稀疏状态区转变为密集状态区时，气泡又被绝热压缩，并挤压崩塌。这种过程在超声场中周而复始，循环不断，真空气泡也就不断地产生、长大、崩塌、消失，我们把这种现象称为空化。
声强与空化阈值
超声波清洗的空化作用与其声强有关，如果声强达不到一定的值，就不能发生空化作用。使液体产生空化所需的最低声压或声强，称为空化阈值。在液体中只有交变声压超过静压时才出现负压，而负压要超过液休的强度时才产生空穴，也就是说，声强要高于空化阈值才能产生空穴，只有超声能大于空化阈值才能有空化效应。声压强度越高，也即功率密度越大，空化效应也越明显。但是，功率密度也不是越大越好。功率密度过大会产生大量的无用气泡，增加了散射衰减，形成声屏障，削弱了远离声源处的清洗效果，而且有可能对工件表面产生空化腐蚀。
空穴的类型
空穴分为气体性空穴和蒸汽性空穴，气体性空穴是以液体中溶解气体形成气泡，气泡随超声波震荡而成长，溶解气体浓度越高，这类空穴发生临界值较低，它在溃灭时所产生的冲击波压力也相对较小。
蒸汽性空穴，是液体媒质随超声波所获得的能量，以饱和蒸汽呈现，并不依赖于液体中的溶解气体，而是在超声波形成附加负压之际产生的蒸汽性真空泡，产生这种真空泡所必须的声压临界值要比气体性空穴的大10倍以上，其冲击压力极高，因此可以产生很好的清洗力。
二、空化效应及其清洗作用
在超声空化的液态声场中，真空气泡急速崩塌的周围会产生高温、高压、发光、放电、冲击波等系列物理化学效应，统称为空化效应。
1、气泡内部的物理化学效应
真空气泡经过猛烈地爆破崩塌，气泡内部瞬时温度大于5000K，压力大于50MPa。空化泡内产生的高温、高压，可以将泡内水蒸气中的水分子分解为·H和·OH自由基，以及由OH结合成的H2O2 ，H2O2是强氧化剂,，以直接氧化水中的有机体、聚合物，常规条件下难以发生的化学反应得以完成。
空化泡溃灭时产生的高温高压超过了水的临界点(Tc=374℃，Pc=22MPa)，也使空化泡内有瞬态超临界水存在，并发生超临界水氧化反应。超临界水被认为是氧化有机物的良好介质，可以去除绝大部分水中的有机污染物。
2、气泡外部的物理化学效应
真空气泡经过猛烈地爆破崩塌，在瞬间还会产生强烈的向外辐射的冲击波，其波速可几倍于声速。这种强大的冲击波会使液体的结构发生变化，能破坏不溶性污染物，使其快速粉碎并分散在清洗媒质中。
在液态媒质超声场中，超声波的工作频率是多少，就伴随着同频每秒数千次以上的强大的冲击波，它作用于工件表面的污染物，一方面破坏污沈物与工件表面的吸附，另一方面也会引起污染层的疲劳破坏，使其从工件表面脱落，如果附着层中有微小的缝隙存在，空化气泡也可以“钻入”裂缝中发生作用，使附着层被剥离。
这种强大的冲击波作用于油污等污染层，由于超声波空化的乳化作用，清洗液与油污两种液体在界面处产生水包油型乳化，污染物将随乳状液进入清洗液中，它同时作用于脱落下来的污染物和清洗液中的微生物、细菌、大分子团等，可使其粉碎、降解、分散。
3、气泡对工件表面的擦洗作用
空化产生的气泡，在振动中对工件表面有擦洗作用。污物层一旦有缝隙可钻，气泡立即钻入其内振动，这种擦洗对盲孔，缝隙以及一般难以清洗的地方可以清洗得非常干净。
