Herstellung von piezoelektrischem Keramik / Polymerverbund zylindrischer Wandler (1)

Das Wandlerarray sind die Schlüsselkomponenten im Sonarsystem. Es ist ein Gerät, das die gegenseitige Umwandlung von elektroakustischer Energie realisiert. Die Leistung des Wandlers und des Wandlerarrays hängt hauptsächlich von der Leistung, Struktur und Herstellung des Transducing -Materials ab. Gegenwärtig verwenden die meisten Unterwasser akustischen Wandler, die Piezoelektrik -Keramik (PZT) Bleizirkonat -Titanat als Energieumwandlungsmaterial verwenden, das die Vorteile eines hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, niedriger Verlust, bequemer Herstellung und niedrigem Preis hat. Aufgrund der hohen charakteristischen Impedanz der piezoelektrischen Keramik, wenn die Last Wasser oder biologisches Gewebe bestehtPiezo -KeramikringAn der Grenzfläche ist groß und die laterale Kopplung stark. Daher wird der Schwingungswandler der Dicke mit einem schmalen Frequenzband, einem hohen Q -Wert, einer geringen Empfindlichkeit und anderen Mängel hergestellt. 1-3 piezoelektrische Verbundwerkstoffe vom Typ Typ haben eine niedrige charakteristische Impedanz, einen q-Wert, eine dielektrische konstante, laterale elektromechanische Kopplungskoeffizient und der elektromechanische Kopplungskoeffizient mit hoher Dicke aufgrund der Polymerphase. Ideales Material für das Energiespargerät. Die Leistungen von Piston-Wandlern aus derselben Größe 1-3 piezoelektrische Verbundwerkstoffe und gewöhnliche PZT-Scheiben wurden gemessen, und die Zulassungskurven und die Übertragung der beiden Wandler in Luft und Wasser wurden erhalten. Es handelt sich um Spannungsreaktion, Empfangsempfindlichkeit und Verleihungsanlagen. Und durch vergleichende Analyse wird der Schluss gezogen, dass der 1-3 piezoelektrische Verbundmaterialwandler im Vergleich zu normalen PZT-piezoelektrischen Wandlern eine signifikant verbesserte Übertragungs- und Empfangsleistung hat. Der verbesserte 1-3 (1-3-2) piezoelektrische Verbund hat die hervorragenden elektroakustischen Eigenschaften des 1-3PZT5 Piezo KeramikZusammensetzung und eine gute Temperatur- und Druckstabilität, die für die Vorbereitung der Unterwasserakustik -Wandlerin sehr geeignet ist. In diesem Artikel wird ein 1-2-3 piezoelektrisches Verbundmaterial verwendet, um einen zylindrischen Unterwasserschallwander zu entwerfen und herzustellen, und misst seine Zulassung, die Übertragungsspannungsreaktion, die Empfindlichkeit und die Richtlinie.

Struktur und Herstellung von piezoelektrischen Verbundwerkstoffen

Piezoelektrische Verbundwerkstoffe bestehen aus 1-3 piezoelektrischen Verbundwerkstoffen und Piezo-Keramiksubstraten, die in Reihe entlang der Keramikpolarisationsrichtung verbunden sind. Diese Struktur hat eine starre piezoelektrische Keramikunterstützung parallel und senkrecht zur Polarisationsrichtung, die stabiler ist als 1-3 Composite-Materialien. Es behält nicht nur alle Vorteile von 1-3 piezoelektrischen Verbundwerkstoffen bei, sondern ist auch bei höheren Temperaturen nicht leicht zu verformen und hat eine bessere Wärmebeständigkeit und -beständigkeit gegen externe Auswirkungen. Das piezoelektrische Verbundmaterial wird durch einen Schnittverfahren hergestellt. Die piezoelektrische Keramik verwendet PZT-5A, die vom Institut für Akustik der chinesischen Akademie der Wissenschaften hergestellt wurde. Es wurde polarisiert, wenn es die Fabrik verlässt. Eine automatische Schneidemaschine wird verwendet, um die Oberfläche senkrecht zur Polarisationsachse der Piezokeramik in zwei Richtungen zu schneiden, die senkrecht zueinander sind und eine bestimmte Dicke des Substrats beibehalten, um ein Keramik -Skelett zu bilden. Ein Polymer mit einer angemessenen Menge an Härtungsmittel wird in das Keramikgerüst gegossen (dh das von der Wuxi -Harz -Fabrik erzeugte Epoxidharz -WRS618), und dann wird die Vakuum -Ejektorblase bei Raumtemperatur evakuiert und geheilt, um ein Verbundmaterial zu erstellen, das, welche ist gemahlen oder geschnitten, um den Blank zu formen. Es wurde eine Verbundmaterialprobe gebildet, und schließlich wurde die Oberfläche der Probe mit einer Elektrode unter Verwendung eines hohen Vakuum -Magnetronsputtergeräte bedeckt. Unter Verwendung des obigen Prozesses wurden zwei Teile von 1-3-2 piezoelektrischem Keramik / Polymer-Verbundblatt von 40 mm * 40 mm * 10 mm hergestellt. Die Breite der Keramiksäulen und die Breite des Epoxidharzes zwischen den Säulen beträgt 0,9 bzw. 0,45 mm und die Dicke der Dicke derpiezoelektrischer Zylinderwandler
ist 1 mm. Entlang der Dickungsrichtung des Verbundmaterials wurden zwei Teile von Verbundmaterial in 24 Verbundmaterial -Wafer mit einer Länge von 10 mm, einer Breite von 6,5 und einer Dicke von 10 mm geschnitten. Die Resonanzleistung jedes piezoelektrischen Wafers wurde gemessen, und 18 von ihnen wurden ausgewählt, um zwei Ersatzwafer herzustellen. Die Leistungsmessergebnisse jedes Elements der Wandler, die Leistungskonsistenz jedes Piezoelements ist gut und seine Resonanzfrequenz ist fast gleich. Die Abbildung zeigt die Zulassungsmesskurve eines der Array -Elemente, in denen die Array -Elemente alle ähnlich sind.

Struktur- und Herstellungsprozess des piezoelctrischen zylindrischen Wandlers

3.1 Wandlerstruktur

Eine Pluralität von 1-3-2 piezoelektrischen Verbundwerkstoffen wird entlang des Umfangs gleichmäßig angeordnet, um ein kreisförmiges Array zu bilden, um einen zylindrischen Wandler zu erzeugen. Die Struktur des Wandlers ist im Bild gezeigt. Derzeit wird kein Wandler dieser Struktur gefunden. Es gibt verwandte Forschungsberichte.

Der zusammengesetzte zylindrische piezoelektrische Wandler besteht aus einem zusammengesetzten Element, einer Kupfer -Unterstützung, einer Klammer und einer Abdeckplatte. Achtzehn zusammengesetzte PZT-Materialelemente sind gleichmäßig in den Rillen der ringförmigen Kupferrücken entlang des Umfangs angeordnet, und die untere Oberfläche der Verbundwerkstoffeelemente wird mit einem leitenden Klebstoff an der Kupfer-Unterstützung angehalten. Auf diese Weise kann die Kupfersicherung nicht nur die Array -Elemente lokalisieren, sondern auch die Schwingungsverschiebung verbessern. Aufgrund der Verwendung einer leitenden Klebstoffbindung ist die untere Elektrode des Verbundelements mit der Unterstützung verbunden, wodurch der Elektroden -Bleiprozess vereinfacht wird. Auf diese Weise kann die untere Elektrodenkleide (Signallinie) aus der inneren Seitenwand der Kupferrohr -Rückseite herausgeführt und an dasselbe Signalkabel des Wellenkabels angeschlossen werden. Dann klemmen die Klammer und die Endabdeckung die Kupfersicherung aus zwei Richtungen. Die Unterstützung, die Halterung und die Endabdeckung sind mit einer starren Schaumstoffscheibe isoliert, und dann sind die äußeren Elektroden des Verbundmaterialpiezoselements an den abgeschirmten Draht des Koaxialkabels angeschlossen und mit einer wasserdichten Verbindung oder einem wasserdichten Klebstoff versiegelt. Schließlich wird die Baugruppe in eine Form gelegt, und ein Polyurethan mit einer Dicke von etwa 2 mm wird gegossen, um eine wasserdichte, schalldurchlässige und dichtungsschicht zu bilden. Durch die Verwendung des obigen Prozesses wurden zwei identische zylindrische Wandler experimentell hergestellt, und die Gesamtabmessungen der zylindrischen Wandler nach dem Zusammenbau betrugen 70 mm × 15 mm.