超声波在金属熔体传播过程中会产生空化效应、声流效应和机械效应等特殊效应，这些效应能改善金属熔体的传热与结晶过程，从而获得晶粒细小、组织致密的等轴晶凝固组织。
超声波装置主要零部件有超声波发生器、换能器和振动子(变幅杆、工具头)等。其工作原理是压电换能器，将一定功率和频率的电信号转化成同频率的机械振动，变幅杆将此振动的振幅放大，通过工具头将超声振动导人金属熔体中，对其进行超声处理。
工具头能否长久稳定高效地向金属熔体传导超声波，直接影响到金属的凝固组织和力学性能，因此，超声波工具头对铸件成品的使用性能起到至关重要的作用。针对不同的金属熔体，选用不同材质的超声波工具头，对其声波传导特性、抗热震性、耐高温熔蚀性有很有影像，同时不同端面形状的工具头的声波辐射范围和对铸件凝固组织也有影响。
制备了平端面、圆锥端面及球端面形状的工具杆，结果表明：
- 平端面工具杆空化作用和声流作用最强，球端面次之、圆锥端面最差：
- 在声波辐射范围方面，圆锥端面工具杆辐射范围最大，球端面次之，平端面最差；
- 比较不同端面形状工具杆对铸件晶粒的细化效果，发现平端面最好，圆锥端面最差。
在金属熔体超声波铸造过程中，高温熔蚀及热应力的共同作用会使普通材质的工具头迅速破坏、开裂一直是金属熔体超声处理的技术瓶颈，并且在钢熔体环境下显得尤为突出。因此，需制备高服役性能的超声波工具杆以满足对钢熔体长时间的超声处理。陶瓷材料具有耐高温熔蚀、耐磨损等特性，可作为高性能超声波工具杆的选材。
