專(zhuān)利名稱：利用散射體制備三組元聲子晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料復(fù)合成型工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及是一種利用散射體制備三組元聲子晶體的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，經(jīng)典波在周期性復(fù)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(dāng)聲波頻率落在聲波帶隙頻率范圍內(nèi)時(shí)，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(yīng) 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(cè)器材的靈 敏度，降低潛艇等武器裝備及重要目標(biāo)的特性信號(hào)。三組元聲子晶體由于具有特殊的局域 共振機(jī)理，而使其帶隙具有低頻、寬帶的特性，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用有著重要的價(jià)值。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)成兩組元 聲子晶體，兩組元聲子晶體所構(gòu)成的散射體是組成三組元聲子晶體的基本條件，將散射體 包裹在基體中可以制備出三組元聲子晶體，但是有關(guān)三組元聲子晶體的制備方法至今未見(jiàn) 報(bào)道?；w通常是指密度小、大模量的環(huán)氧樹(shù)脂或聚氨酯。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，利 用該方法可以方便、快捷地制備出三組元聲子晶體，該方法具有方法簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、成 本低、缺陷低和周期低的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了三組元聲子晶體技術(shù)的快速發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案首先需要說(shuō)明的是，三組元聲子晶體中由兩組元聲子晶體構(gòu)成的散射體已作為發(fā) 明專(zhuān)利另案申請(qǐng)，本發(fā)明所指的散射體是修整過(guò)的成型散射體，成型散射體是由包覆體和 振子通過(guò)散射體成型模具制備而得，包覆體采用硅橡膠，振子采用金屬粒子球。所述的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，是將散射體有序排列并均勻包裹 在基體中，所述的基體是不同配比的環(huán)氧樹(shù)脂，包裹的過(guò)程通過(guò)成型模具來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體制備 方法如下I、成型模具成型模具由上成型板、下成型板a和下成型板b組成；上成型板呈方形結(jié)構(gòu)，外形 基本尺寸CXKXh(長(zhǎng)X寬X厚)，在上成型板設(shè)置有澆鑄孔；下成型板a呈方形結(jié)構(gòu)， 外形基本尺寸CXKXH，在下成型板a的H/2部設(shè)置有半球孔形平臺(tái)，在半球孔形平臺(tái)端 面有序排列有半球孔形，每個(gè)半球孔形的孔徑為<2 Dh，相鄰兩半球孔形的邊緣間距為Hh，半球孔形平臺(tái)的有效尺寸為(C-30) X (K-30)，半球孔形平臺(tái)距下成型板a上端面的深度為H/2 ；下成型板b呈凹體方形結(jié)構(gòu)，外形基本尺寸CXKX (H+10)，凹體內(nèi)腔的有效尺寸為 (C-30) X (K-30)，凹體內(nèi)腔平面距下成型板b上端面的深度為H ；將上成型板的澆鑄面、下 成型板a半球孔形平臺(tái)的四周面和下成型板b凹體的四周面用90#汽油擦洗干凈后再用丙 酮清洗，并在30 100°C范圍內(nèi)干燥備用；II、不同配比的環(huán)氧樹(shù)脂配料按質(zhì)量比取10份的環(huán)氧樹(shù)脂2206A和3份的環(huán)氧樹(shù)脂2206B并充分?jǐn)嚢杈鶆蛐?成環(huán)氧樹(shù)脂混合物，然后將環(huán)氧樹(shù)脂混合物置于抽真空設(shè)備中進(jìn)行抽真空處理以除去環(huán)氧 樹(shù)脂混合物中混入的氣泡并備用；III、制備步驟i、選用與<2 0^直徑相同的散射體并用丙酮擦洗散射體的表面，待干燥后將其排 布到下成型板a的每個(gè)半球孔形腔內(nèi)，然后將上成型板蓋在下成型板a的上端面并用螺栓 將其緊固在一起；ii、將排除氣泡的環(huán)氧樹(shù)脂從上成型板的澆鑄孔澆鑄到排布有散射體的下成型板 a內(nèi)，再將其置于30 100°C范圍內(nèi)的烘箱中進(jìn)行固化成型24h，待其內(nèi)的環(huán)氧樹(shù)脂完全包 裹固化散射體后再擰開(kāi)螺栓去除上成型板，將環(huán)氧樹(shù)脂包裹固化的散射體從下成型板a中 取出，然后將環(huán)氧樹(shù)脂包裹固化的散射體翻轉(zhuǎn)180°放入下成型板b的凹體內(nèi)，使環(huán)氧樹(shù)脂 包裹固化的散射體一面與下成型板b的凹體面接觸，或是未被環(huán)氧樹(shù)脂包裹的散射體另一 面朝上，然后將上成型板蓋在下成型板b的上端面并用螺栓將其緊固在一起以進(jìn)行散射體 另一面的固化成型；iii、將排除氣泡的環(huán)氧樹(shù)脂從上成型板的澆鑄孔澆鑄到散射體另一面，再將其置 于30 100°C范圍內(nèi)的烘箱中進(jìn)行固化成型24h，待其內(nèi)的環(huán)氧樹(shù)脂完全包裹同化散射體 另一面后再擰開(kāi)螺栓去除上成型板，將完全包裹固化的散射體從下成型板b中取出制得三 組元聲子晶體。所述的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，其上成型板的澆鑄孔位置或成排 設(shè)置，或成列設(shè)置，或成排成列設(shè)置，澆鑄孔的設(shè)置數(shù)量不論按排、按列或按排按列至少是 一個(gè)或一個(gè)以上。所述的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，其下成型板a上的半球孔形或成 排設(shè)置，或成列設(shè)置，或成排成列設(shè)置，半球孔形的設(shè)置數(shù)量不論按排、按列或按排按列至 少是一個(gè)或一個(gè)以上。所述的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，其下成型板a上相鄰兩個(gè)半球孔 形的邊緣間距Hh可以是等距的，或是不等距的。所述的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，其上成型板、下成型板a和下成 型板b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)明實(shí)際上是一種兩次制備方法，所制備的三組元聲子晶體具有性能穩(wěn)定， 界面均勻，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等的優(yōu)點(diǎn)。2、本發(fā)明解決了三組元聲子晶體制備這一技術(shù)難題，為實(shí)驗(yàn)室研究三組元聲子晶 體性能和開(kāi)展聲子晶體應(yīng)用研究提供了技術(shù)支持，促進(jìn)了三組元聲子晶體技術(shù)的快速發(fā)展。


圖1是本發(fā)明的上成型板結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的下成型板a結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的下成型板b結(jié)構(gòu)示意圖；上述圖中1_上成型板；2-澆鑄孔；3-下成型板a ；4-半球孔形；5_下成型板b。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，是將散射體有序排列并均勻 包裹在在基體中，所述的基體是不同配比的環(huán)氧樹(shù)脂，不同配比的環(huán)氧樹(shù)脂是指2206A和 2206B,當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂2206A和環(huán)氧樹(shù)脂2206B作為澆鑄料時(shí)具有操作時(shí)間比較適宜、粘度較 低、流動(dòng)性較好的特點(diǎn)，當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂2206A和環(huán)氧樹(shù)脂2206B作為固化料具有低密度、大模 量的特點(diǎn)。包裹的過(guò)程通過(guò)成型模具來(lái)實(shí)現(xiàn)，成型模具的結(jié)構(gòu)如下結(jié)合圖1-3，基體成型模具由上成型板1、下成型板a3和下成型板b5組成。上成 型板呈方形結(jié)構(gòu)，外形基本尺寸CXKXh(長(zhǎng)X寬X厚)，在上成型板設(shè)置有澆鑄孔2。下 成型板a呈方形結(jié)構(gòu)，外形基本尺寸C X K X H，在下成型板a的H/2部設(shè)置有半球孔形平臺(tái)， 在半球孔形平臺(tái)端面有序排列有半球孔形4，每個(gè)半球孔形的孔徑為<2 D H，相鄰兩半球孔 形的邊緣間距為Hh，半球孔形平臺(tái)的有效尺寸為(C-30) X (K-30)，半球孔形平臺(tái)距下成型 板a上端面的深度為H/2。下成型板b呈凹體方形結(jié)構(gòu)，外形基本尺寸CXKX (H+10)，凹體 內(nèi)腔的有效尺寸為(C-30)X(K-30)，凹體內(nèi)腔平面距下成型板b上端面的深度為H。將上 成型板的澆鑄面、下成型板a半球孔形平臺(tái)的四周面和下成型板b凹體的四周面用90#汽 油擦洗干凈后再用丙酮清洗，并在30 100°C范圍內(nèi)干燥備用，干燥溫度最佳80°C。所述上成型板、下成型板a和下成型板b由聚四氟乙烯制成。所述上成型板、下成型板a和下成型板b具有如下特點(diǎn)1)下成型板a上的半球孔形的設(shè)置數(shù)量沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，主要根據(jù)試驗(yàn)的要求確 定，至少是一個(gè)，大到無(wú)數(shù)個(gè)，并不局限于圖2所示的一排五個(gè)半球凹圓，也就是說(shuō)下成型 板a上的半球孔形或成排設(shè)置，或成列設(shè)置，或成排成列設(shè)置，半球孔形的設(shè)置數(shù)量不論按 排、按列或按排按列至少是一個(gè)或一個(gè)以上。2)上成型板的澆鑄孔位置和數(shù)量沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，主要根據(jù)試驗(yàn)的要求確定，并不局限于圖1所示的中間位置和一個(gè)澆鑄孔，也就是說(shuō)上成型板的澆鑄孔位置或成排設(shè)置， 或成列設(shè)置，或成排成列設(shè)置，澆鑄孔的設(shè)置數(shù)量不論按排、按列或按排按列至少是一個(gè)或 一個(gè)以上。所以上成型板的澆鑄孔位置和數(shù)目應(yīng)根據(jù)下成型板a上的半球孔形的設(shè)置數(shù)量 匹配，以保證澆鑄方便、順利為準(zhǔn)。3)圖2所示的相鄰兩個(gè)半球孔形的邊緣間距Hh是等距的，在具體的設(shè)計(jì)中^可以是等距的，或是不等距的。按質(zhì)量比取10份的環(huán)氧樹(shù)脂2206A和3份的環(huán)氧樹(shù)脂2206B并充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬森h(huán)氧樹(shù)脂混合物，然后將環(huán)氧樹(shù)脂混合物置于抽真空設(shè)備中進(jìn)行抽真空處理以除去環(huán)氧樹(shù)脂混合物中混入的氣泡并備用。圖1是上成型板結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具有5X5(五排五列)個(gè)半球孔形的下 成型板a結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是下成型板b結(jié)構(gòu)示意圖。上成型板呈方形結(jié)構(gòu)，外形基本 尺寸130X 130X 15mm，澆鑄孔直徑為①15mm。下成型板a呈方形結(jié)構(gòu)，外形基本尺寸 130 X 130 X 20mm，在下成型板a的10mm位置處(20/2)設(shè)置有半球孔形平臺(tái)，在半球孔形平 臺(tái)端面有序排列有半球孔形，每個(gè)半球孔形的孔徑為<2 Dh= 15mm，相鄰兩半球孔形的邊緣 間距為Hh= 5mm，半球孔形平臺(tái)的有效尺寸為lOOXlOOmm，半球孔形平臺(tái)距下成型板a上 端面的深度為10mm (20/2)。下成型板b呈凹體方形結(jié)構(gòu)，外形基本尺寸130 X 130 X (20+10) 讓?zhuān)俭w內(nèi)腔的有效尺寸為100X 100mm，凹體內(nèi)腔平面距下成型板b上端面的深度為20mm。 凹體內(nèi)腔平面的厚度為10mm。制備的具體步驟如下i、選用與<2 0^直徑相同的散射體并用丙酮擦洗散射體的表面，待干燥后將其排 布到下成型板a的每個(gè)半球孔形腔內(nèi)，然后將上成型板蓋在下成型板a的上端面并用螺栓 將其緊固在一起；ii、將排除氣泡的環(huán)氧樹(shù)脂從上成型板的澆鑄孔澆鑄到排布有散射體的下成型板 a內(nèi)，再將其置于30 100°C (最佳60°C)范圍內(nèi)的烘箱中進(jìn)行固化成型24h，待其內(nèi)的環(huán) 氧樹(shù)脂完全包裹固化散射體后再擰開(kāi)螺栓去除上成型板，將環(huán)氧樹(shù)脂包裹固化的散射體從 下成型板a中取出，然后將環(huán)氧樹(shù)脂包裹固化的散射體翻轉(zhuǎn)180°放入下成型板b的凹體 內(nèi)，使環(huán)氧樹(shù)脂包裹固化的散射體一面與下成型板b的凹體面接觸，或是未被環(huán)氧樹(shù)脂包 裹的散射體另一面朝上，然后將上成型板蓋在下成型板b的上端面并用螺栓將其緊固在一 起以進(jìn)行散射體另一面的固化成型；iii、將排除氣泡的環(huán)氧樹(shù)脂從上成型板的澆鑄孔澆鑄到散射體另一面，再將其置 于30 100°C (最佳60°C)范圍內(nèi)的烘箱中進(jìn)行固化成型24h，待其內(nèi)的環(huán)氧樹(shù)脂完全包 裹固化散射體另一面后再擰開(kāi)螺栓去除上成型板，將完全包裹固化的散射體從下成型板b 中取出制得用于三組元聲子晶體。散射體是構(gòu)成三組元聲子晶體的必備條件，散射體已形成不同直徑的系列化產(chǎn) 品，當(dāng)下成型板a的半球孔形孔徑<2 DH確定后其選用的散射體直徑也就確定。改變下成型 板a半球孔形的孔徑<2 DH可以制備出不同直徑的三組元聲子晶體。換句話說(shuō)由于散射體 的直徑系列化也可以配套制備出直徑系列化的三組元聲子晶體。
權(quán)利要求
一種利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，其特征在于將散射體有序排列并均勻包裹在基體中，所述的基體是不同配比的環(huán)氧樹(shù)脂，包裹的過(guò)程通過(guò)成型模具來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體制備方法如下I、成型模具成型模具由上成型板(1)、下成型板a(3)和下成型板b(5)組成；上成型板呈方形結(jié)構(gòu)，外形基本尺寸C×K×h(長(zhǎng)×寬×厚)，在上成型板設(shè)置有澆鑄孔(2)；下成型板a呈方形結(jié)構(gòu)，外形基本尺寸C×K×H，在下成型板a的H/2部設(shè)置有半球孔形平臺(tái)，在半球孔形平臺(tái)端面有序排列有半球孔形(4)，每個(gè)半球孔形的孔徑為￠D凹，相鄰兩半球孔形的邊緣間距為H凹，半球孔形平臺(tái)的有效尺寸為(C-30)×(K-30)，半球孔形平臺(tái)距下成型板a上端面的深度為H/2；下成型板b呈凹體方形結(jié)構(gòu)，外形基本尺寸C×K×(H+10)，凹體內(nèi)腔的有效尺寸為(C-30)×(K-30)，凹體內(nèi)腔平面距下成型板b上端面的深度為H；將上成型板的澆鑄面、下成型板a半球孔形平臺(tái)的四周面和下成型板b凹體的四周面用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；II、不同配比的環(huán)氧樹(shù)脂配料按質(zhì)量比取10份的環(huán)氧樹(shù)脂2206A和3份的環(huán)氧樹(shù)脂2206B并充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬森h(huán)氧樹(shù)脂混合物，然后將環(huán)氧樹(shù)脂混合物置于抽真空設(shè)備中進(jìn)行抽真空處理以除去環(huán)氧樹(shù)脂混合物中混入的氣泡并備用；III、制備步驟i、選用與￠D凹直徑相同的散射體并用丙酮擦洗散射體的表面，待干燥后將其排布到下成型板a的每個(gè)半球孔形腔內(nèi)，然后將上成型板蓋在下成型板a的上端面并用螺栓將其緊固在一起；ii、將排除氣泡的環(huán)氧樹(shù)脂從上成型板的澆鑄孔澆鑄到排布有散射體的下成型板a內(nèi)，再將其置于30～100℃范圍內(nèi)的烘箱中進(jìn)行固化成型24h，待其內(nèi)的環(huán)氧樹(shù)脂完全包裹固化散射體后再擰開(kāi)螺栓去除上成型板，將環(huán)氧樹(shù)脂包裹固化的散射體從下成型板a中取出，然后將環(huán)氧樹(shù)脂包裹固化的散射體翻轉(zhuǎn)180°放入下成型板b的凹體內(nèi)，使環(huán)氧樹(shù)脂包裹固化的散射體一面與下成型板b的凹體面接觸，或是未被環(huán)氧樹(shù)脂包裹的散射體另一面朝上，然后將上成型板蓋在下成型板b的上端面并用螺栓將其緊固在一起以進(jìn)行散射體另一面的固化成型；iii、將排除氣泡的環(huán)氧樹(shù)脂從上成型板的澆鑄孔澆鑄到散射體另一面，再將其置于30～100℃范圍內(nèi)的烘箱中進(jìn)行固化成型24h，待其內(nèi)的環(huán)氧樹(shù)脂完全包裹固化散射體另一面后再擰開(kāi)螺栓去除上成型板，將完全包裹固化的散射體從下成型板b中取出制得三組元聲子晶體。
2.如權(quán)利要求1所述的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，其特征在于上成型 板的澆鑄孔位置或成排設(shè)置，或成列設(shè)置，或成排成列設(shè)置，澆鑄孔的設(shè)置數(shù)量不論按排、 按列或按排按列至少是一個(gè)或一個(gè)以上。
3.如權(quán)利要求1所述的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，其特征在于下成型 板a上的半球孔形或成排設(shè)置，或成列設(shè)置，或成排成列設(shè)置，半球孔形的設(shè)置數(shù)量不論按 排、按列或按排按列至少是一個(gè)或一個(gè)以上。
4.如權(quán)利要求1所述的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，其特征在于下成型板a上相鄰兩個(gè)半球孔形的邊緣間距Hh可以是等距的，或是不等距的。
5.如權(quán)利要求1所述的利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，其特征在于上成型 板、下成型板a和下成型板b由聚四氟乙烯制成。
全文摘要
一種利用散射體制備三組元聲子晶體的方法，將散射體有序排列并均勻包裹在基體中，基體是不同配比的環(huán)氧樹(shù)脂，包裹的過(guò)程通過(guò)成型榀 具來(lái)實(shí)現(xiàn)，成型模具由上成型板(1)、下成型板a(3)和下成型板b(5)組成。將散射體用丙酮擦洗并排布到下成型板a的半球孔形(4)，將上成型板蓋在下成型板a的上端，將排除氣泡的環(huán)氧樹(shù)脂從上成型板的澆鑄孔(2)澆鑄到下成型板a內(nèi)，置于30～100℃烘箱中固化成型24h，將環(huán)氧樹(shù)脂包裹固化的散射體翻轉(zhuǎn)180°放入下成型板b的凹體內(nèi)，再將環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄到散射體另一面并在30～100℃烘箱中固化成型24h制得三組元聲子晶體，具有性能穩(wěn)定，界面均勻，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G10K11/16GK101800047SQ20091022779
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)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(shù)磊 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所