專利名稱：聲子晶體用散射體無縫成型制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料復合成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到聲學、城市環(huán)境、工業(yè)噪聲治理、
航空噪聲治理和航海噪聲治理的一種聲子晶體用散射體無縫成型制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，經(jīng)典波在周期性復合介質(zhì)中傳播的研究極其活躍，并把具有彈性波帶隙 的人工結(jié)構(gòu)的功能材料稱為聲子晶體，其中由三種組元材料構(gòu)成的聲子晶體稱為三組元聲 子晶體。 聲子晶體有著同光子晶體相似的基本特性聲子晶體具有能帶，能帶間存在聲波 帶隙，當聲波頻率落在聲波帶隙頻率范圍內(nèi)時，聲波被禁止傳播。在聲子晶體內(nèi)部，材料組 分的彈性常數(shù)、質(zhì)量、密度等參數(shù)周期性變化。隨著材料組分搭配的不同或周期結(jié)構(gòu)形式的 不同，聲子晶體的聲波帶隙特性也就不同。聲子晶體具有廣闊的發(fā)展空間和直接的軍事應 用背景，如用于隔聲降噪、隔振減振、超聲換能器、振蕩器等，可大幅度地提高探測器材的靈 敏度，降低潛艇等武器裝備及重要目標的特性信號。三組元聲子晶體由于具有特殊的局域 共振機理，而使其帶隙具有低頻、寬帶的特性，對于實際應用有著重要的價值。
目前，國內(nèi)外人員研究的重點集中在三組元聲子晶體的基礎理論、帶隙計算、仿真 分析和性能表征等方面，對三組元聲子晶體的成型制備研究較少。由于三組元聲子晶體結(jié) 構(gòu)設計和制備技術(shù)參數(shù)高、難度大，特別是散射體的無縫成型技術(shù)，使得成熟的成型制備方 法尚未見公開報道，嚴重影響了三組元聲子晶體試驗樣品的研制，限制了聲子晶體在振動 與噪聲控制方面的應用研究，阻礙了聲子晶體技術(shù)的發(fā)展。 三組元聲子晶體一般由振子、包覆體和基體構(gòu)成，其中包覆體和振子構(gòu)成散射體， 散射體是組成三組元聲子晶體的基本條件。但是有關(guān)散射體的無縫成型制備方法至今未見 報道。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種聲子晶體用散射體無縫成型制備方法，利用 該無縫成型制備方法可以方便、快捷地制備出散射體，具有制備方法簡單、可操作性強、成 本低、缺陷低和周期低的優(yōu)點，促進了聲子晶體技術(shù)的快速發(fā)展。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 所述的聲子晶體用散射體無縫成型制備方法，所制備的散射體由包覆體和振子共 同構(gòu)成，包覆體采用硅橡膠，振子采用金屬粒子球，通過散射體成型模具實現(xiàn)包覆體和振子 的無縫成型制備，具體無縫成型制備方法如下
1、散射體成型模具 散射體成型模具分為凹形成型板和凸形成型板；凹形成型板總體呈長方形但凹形 成型面呈等距半球凹圓形，半球凹圓的直徑為C D^，相鄰兩半球凹圓的邊緣間距為H^ ;凸 形成型板總體呈長方形但凸形成型面呈等距半球凸圓形，半球凸圓的直徑為C D fi，相鄰兩半球凸圓的邊緣間距為H凸；C DH><2 D凸，兩半球凹圓的中心距C D^+H^E兩半球凸圓 的中心距C Dfi+Hfi ;將凹形成型板和凸形成型板用90#汽油擦洗干凈后再用丙酮或者酒精 清洗，并在30 10(TC范圍內(nèi)干燥備用；
n、包覆體配料 按質(zhì)量比稱取10份的硅橡膠CHHU-31-40A和1份的硅橡膠CHHU-31-40B并充分 攪拌均勻形成硅橡膠混合物，然后將硅橡膠混合物置于抽真空設備中進行抽真空處理以除 去硅橡膠混合物中混入的氣泡并備用； ni、振子擦洗 將振子采用的金屬粒子球用90#汽油擦洗干凈后再用丙酮清洗，并在30 IO(TC
范圍內(nèi)干燥備用； IV、無縫成型制備 i、將排除完氣泡的硅橡膠混合物均勻澆鑄到凹形成型板的每個半球凹圓內(nèi)，所澆 鑄的量為半球凹圓容積的2/3 ; ii、將凸形成型板蓋到凹形成型板上并用螺栓將其緊固在一起，然后放進30 IO(TC范圍內(nèi)的烘箱中進行固化成型24h，待凸形成型板和凹形成型板中的硅橡膠混合物固 化成半球形硅橡膠后再擰開螺栓去除凸形成型板，使制得的半球形硅橡膠留在凹形成型板 中； iii、將備用的金屬粒子球表面均勻涂抹一層底漆處理劑CHHU-Ol，晾干0. 5h后再 將金屬粒子球均勻分布在凹形成型板中每個半球形硅橡膠內(nèi)備用； iv、重復無縫成型制備步驟i和步驟ii制得不帶金屬粒子球的另一塊凹形成型板 半球形硅橡膠； v、將另一塊凹形成型板扣裝在步驟iii中凹形成型板每個金屬粒子球的上部將 其緊固在一起，然后放進30 10(TC范圍內(nèi)的烘箱中進行固化成型24h，待兩塊凹形成型板 中的硅橡膠混合物和金屬粒子球固化成型后再擰開螺栓去除兩塊凹形成型板制得全球形 散射體，清除全球形散射體表面的溢出飛邊物，制得了由振子材料和包覆體材料構(gòu)成的散 射體。 所述的聲子晶體用散射體無縫成型制備方法，其金屬粒子球或是鋼球，或是鎢球， 或是銅球，或是鉛球，或是鋁球。 所述的聲子晶體用散射體無縫成型制備方法，其凹形成型板和凸形成型板由聚四 氟乙烯制成。
由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性 1、本發(fā)明的無縫成型制備方法所制備的散射體是一種由兩組材料構(gòu)成的散射體， 該散射體是實現(xiàn)三組元聲子晶體的必備條件。 2、本發(fā)明制備出的散射體具有性能穩(wěn)定，界面均勻，無縫隙，可設計性強等優(yōu)點。
3、本發(fā)明解決了目前沒有成型工藝技術(shù)制備由振子材料和包覆體材料構(gòu)成的散 射體這一難題，為實驗室研究三組元聲子晶體提供了技術(shù)保障。


圖1是本發(fā)明凸形成型板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明凹形成型板的結(jié)構(gòu)示意圖。
上述圖中1-凸形成型板；2-凹形成型板。
具體實施例方式
本發(fā)明的聲子晶體用散射體無縫成型制備方法，成型制備的散射體是由包覆體和 振子共同構(gòu)成，包覆體采用硅橡膠，硅橡膠具有材質(zhì)軟、剪切模量較大、密度很小、成型簡單 的特點。 振子采用金屬粒子球，金屬粒子球或是鋼球，或是鎢球，或是銅球，或是鉛球，或是 鋁球。金屬粒子球具有剛性大、密度大的特點。 通過散射體成型模具實現(xiàn)包覆體和振子的無縫成型制備，散射體成型模具結(jié)構(gòu)如 下 結(jié)合圖l-2，散射體成型模具分為凹形成型板2和凸形成型板1。凹形成型板總體 呈長方形但凹形成型面呈等距半球凹圓形，半球凹圓的直徑為C D^，相鄰兩半球凹圓的邊 緣間距為H^。凸形成型板總體呈長方形但凸形成型面呈等距半球凸圓形，半球凸圓的直徑 為C D凸，相鄰兩半球凸圓的邊緣間距為H凸。C DH><2 D凸，兩半球凹圓的中心距C DM+H 四E兩半球凸圓的中心距C Dfi+Hfi。將凹形成型板和凸形成型板用90#汽油擦洗干凈以清 除其存留的各種油污，再用丙酮或者酒精溶劑清洗，以清除模具上負有的各種粉塵和汽油 殘留物，并在30 10(TC范圍內(nèi)干燥備用，干燥溫度最佳80°C 。
所述凹形成型板和凸形成型板具有如下特點 1)凹形成型板和凸形成型板上的半球凹圓和半球凸圓的設置數(shù)目沒有嚴格規(guī)定， 主要根據(jù)試驗的要求確定，至少是一個，大到無數(shù)個，并不局限于圖2所示的五個半球凹圓 或圖l所示的五個半球凸圓。需要說明的是半球凹圓和半球凸圓可以成排設置，或成列設 置，或成排成列設置，半球凹圓和半球凸圓的設置數(shù)量不論按排、按列或按排按列至少是一 個或一個以上。 2)在成型過程中，半球凹圓和半球凸圓在尺寸上是要嚴格緊密配合的，在數(shù)目設 置上也要對等，并且要求C DH><2 Da，兩者尺寸上的差值就是包覆層的厚度。同時相鄰兩 半球凹圓的邊緣間距H凹或相鄰兩半球凸圓的邊緣間距Ha可以是等距的，也可以是不等距 的，但必需滿足兩半球凹圓的中心距C D^+H^E兩半球凸圓的中心距C D凸+H凸。
3)凹形成型板和凸形成型板由聚四氟乙烯制成。 按質(zhì)量比稱取10份的硅橡膠CHHU-31-40A和1份的硅橡膠CHHU-31-40B并充分 攪拌均勻形成硅橡膠混合物，然后將硅橡膠混合物置于抽真空設備中進行抽真空處理以除 去硅橡膠混合物中混入的氣泡并備用。 將振子采用的金屬粒子球用90#汽油擦洗干凈后再用丙酮清洗，并在30 IO(TC 范圍內(nèi)干燥備用，干燥溫度最佳80°C 。 圖1是五個半球凸圓的凸形成型板結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是五個半球凹圓的凹形成型 板結(jié)構(gòu)示意圖，金屬粒子球選用的是不銹鋼球，直徑是①10mm，因此對于凹形成型板而言， 半球凹圓的直徑為C DH=①15mm，相鄰兩半球凹圓的邊緣間距為H^二 6mm，外形尺寸為 130X 130X 15mm。對于凸形成型板而言，半球凸圓的直徑為C Dfi=①10mm，相鄰兩半球凸 圓的邊緣間距為H凸二 llmm。 <2 DH= 015mm><2 D凸二①10mm，兩半球凹圓的中心距(15+6)mmE兩半球凸圓的中心距(10+Il)mm。
無縫成型制備的具體步驟如下 i、將排除完氣泡的硅橡膠混合物均勻澆鑄到凹形成型板的每個半球凹圓內(nèi)，所澆 鑄的量為半球凹圓容積的2/3 ; ii、將凸形成型板蓋到凹形成型板上并用螺栓將其緊固在一起，然后放進30 IO(TC (最佳6(TC)范圍內(nèi)的烘箱中進行固化成型24h，待凸形成型板和凹形成型板中的硅 橡膠混合物固化成半球形硅橡膠后再擰開螺栓去除凸形成型板，使制得的半球形硅橡膠留 在凹形成型板中； iii、將備用的金屬粒子球表面均勻涂抹一層底漆處理劑CHHU-Ol，晾干0. 5h后再 將金屬粒子球均勻分布在凹形成型板中每個半球形硅橡膠內(nèi)備用； iv、重復成型制備步驟i和步驟ii制得不帶金屬粒子球的另一塊凹形成型板半球 形硅橡膠； v、將另一塊凹形成型板扣裝在步驟iii中凹形成型板每個金屬粒子球的上部將 其緊固在一起，然后放進30 10(TC (最佳6(TC)范圍內(nèi)的烘箱中進行固化成型24h，待兩 塊凹形成型板中的硅橡膠混合物和金屬粒子球固化成型后再擰開螺栓去除兩塊凹形成型 板制得全球形散射體，清除全球形散射體表面的溢出飛邊物，制得由包覆體材料和振子材 料構(gòu)成的散射體。 上述制得的散射體可以形成系列化，當金屬粒子球選用的直徑不同，或改變凹形 成型板和凸形成型板上的半球凹圓直徑C D^和半球凸圓直徑C Da，就能制備出不同直徑 的散射體。 無縫成型制備的散射體是構(gòu)成三組元聲 晶體的必備條件，將成型散射體有序排 列并均勻包裹在基體中可以成型制備出三組元聲子晶體。
權(quán)利要求
一種聲子晶體用散射體無縫成型制備方法，其特征在于該方法所制備的散射體由包覆體和振子共同構(gòu)成，包覆體采用硅橡膠，振子采用金屬粒子球，通過散射體成型模具實現(xiàn)包覆體和振子的無縫成型制備，具體無縫成型制備方法如下I、散射體成型模具散射體成型模具分為凹形成型板(2)和凸形成型板(1)；凹形成型板總體呈長方形但凹形成型面呈等距半球凹圓形，半球凹圓的直徑為￠D凹，相鄰兩半球凹圓的邊緣間距為H凹；凸形成型板總體呈長方形但凸形成型面呈等距半球凸圓形，半球凸圓的直徑為￠D凸，相鄰兩半球凸圓的邊緣間距為H凸；￠D凹＞￠D凸，兩半球凹圓的中心距￠D凹+H凹≡兩半球凸圓的中心距￠D凸+H凸；將凹形成型板和凸形成型板用90#汽油擦洗干凈后再用丙酮或者酒精清洗，并在30～100℃范圍內(nèi)干燥備用；II、包覆體配料按質(zhì)量比稱取10份的硅橡膠CHHU-31-40A和1份的硅橡膠CHHU-31-40B并充分攪拌均勻形成硅橡膠混合物，然后將硅橡膠混合物置于抽真空設備中進行抽真空處理以除去硅橡膠混合物中混入的氣泡并備用；III、振子擦洗將振子采用的金屬粒子球用90#汽油擦洗干凈后再用丙酮清洗，并在30～100℃范圍內(nèi)干燥備用；IV、無縫成型制備i、將排除完氣泡的硅橡膠混合物均勻澆鑄到凹形成型板的每個半球凹圓內(nèi)，所澆鑄的量為半球凹圓容積的2/3；ii、將凸形成型板蓋到凹形成型板上并用螺栓將其緊固在一起，然后放進30～100℃范圍內(nèi)的烘箱中進行固化成型24h，待凸形成型板和凹形成型板中的硅橡膠混合物固化成半球形硅橡膠后再擰開螺栓去除凸形成型板，使制得的半球形硅橡膠留在凹形成型板中；iii、將備用的金屬粒子球表面均勻涂抹一層底漆處理劑CHHU-01，晾干0.5h后再將金屬粒子球均勻分布在凹形成型板中每個半球形硅橡膠內(nèi)備用；iv、重復無縫成型制備步驟i和步驟ii制得不帶金屬粒子球的另一塊凹形成型板半球形硅橡膠；v、將另一塊凹形成型板扣裝在步驟iii中凹形成型板每個金屬粒子球的上部將其緊固在一起，然后放進30～100℃范圍內(nèi)的烘箱中進行固化成型24h，待兩塊凹形成型板中的硅橡膠混合物和金屬粒子球固化成型后再擰開螺栓去除兩塊凹形成型板制得全球形散射體，清除全球形散射體表面的溢出飛邊物，制得了由振子材料和包覆體材料構(gòu)成的散射體。
2. 如權(quán)利要求1所述的聲子晶體用散射體無縫成型制備方法，其特征在于金屬粒子 球或是鋼球，或是鎢球，或是銅球，或是鉛球，或是鋁球。
3. 如權(quán)利要求1所述的聲子晶體用散射體無縫成型制備方法，其特征在于凹形成型 板和凸形成型板由聚四氟乙烯制成。
全文摘要
一種聲子晶體用散射體無縫成型制備方法，通過散射體成型模具凹形成型板(2)和凸形成型板(1)實現(xiàn)包覆體和振子的無縫成型制備。將振子擦洗干凈并干燥備用，將排完氣泡的硅橡膠混合物均勻澆鑄到凹形成型板的每個半球凹圓內(nèi)，將凸形成型板蓋到凹形成型板上并用螺栓將其緊固在一起放進30～100℃的烘箱中進行固化成型24h，制得的半球形硅橡膠。將振子表面底漆處理晾干0.5h后放入半球形硅橡膠內(nèi)，將另一塊凹形成型板扣裝在振子上部放進30～100℃范圍內(nèi)的烘箱中進行固化成型24h，制得了由振子和包覆體構(gòu)成的散射體。制備出的散射體具有性能穩(wěn)定，界面均勻，無縫隙，可設計性強等優(yōu)點。
文檔編號G10K11/00GK101763852SQ20091022779
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者孫英富, 王緒文, 趙樹磊 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所