一種二維曲面壓電復(fù)合材料元件的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種二維曲面壓電復(fù)合材料元件的制備方法，包括兩種制備工藝。其中一種制備工藝在切割形成的陶瓷陣列上下表面加入二維曲面模具，使其達(dá)到二維曲面彎曲成型，脫上模后再澆注樹(shù)脂固化成型二維曲面復(fù)合材料，最后脫上下模和襯膜以形成敏感元件。另一種制備工藝首先對(duì)壓電陶瓷極化方向的一面進(jìn)行一定厚度的雙向切割，對(duì)其填充柔性材料，再對(duì)填充柔性材料的陶瓷的對(duì)立面進(jìn)行雙向切割，對(duì)填充柔性材料的一面添加二維曲面模具，再對(duì)新切割的一面澆注樹(shù)脂，在這一面同樣放入二維曲面模具，最終固化成形二維曲面敏感元件。本發(fā)明能夠制備二維曲面狀的壓電復(fù)合材料，能夠?qū)崿F(xiàn)水平、垂直全向地輻射聲波。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種二維曲面壓電復(fù)合材料元件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于水聲探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種二維曲面壓電復(fù)合材料元件的制備 方法，將其應(yīng)用于換能器中實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收水聲信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)水中探測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知聲波是開(kāi)發(fā)利用海洋資源的重要手段，運(yùn)是因?yàn)槁暡ㄔ谒械膫鞑ゾ嚯x 較光、電磁波等遠(yuǎn)得多。人們利用聲波運(yùn)種信息載體研制了對(duì)水下目標(biāo)實(shí)現(xiàn)探測(cè)、定位、識(shí) 別和通信的電子設(shè)備一聲納。按規(guī)定的信號(hào)形式激發(fā)產(chǎn)生聲波和不失真地感知與接收水中 聲波信號(hào)的重要器件被稱(chēng)為聲納換能器，也叫水聲換能器，它是將電信號(hào)與水聲信號(hào)進(jìn)行 相互轉(zhuǎn)換的器件，是水下通信導(dǎo)航、水產(chǎn)漁業(yè)、海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋地質(zhì)地貌探測(cè)等領(lǐng)域應(yīng) 用的重要器件。
[0003] 壓電振子是換能器的核屯、部件，振子的性能決定著換能器的工作性能，因此，要想 制作高性能的水聲換能器，首先要提高壓電振子的性能。在制作壓電振子的材料中，壓電復(fù) 合材料因其聲阻抗小、帶寬大、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。壓電復(fù)合材料是由壓電 材料、聚合物、金屬等通過(guò)復(fù)合工藝制成的一種多相材料，復(fù)合材料中的每個(gè)相可W W〇、l、 2、或3維方式自我連通。目前的復(fù)合材料有1-3型、3-1型、3-2型、3-3型、0-3型、2-2型復(fù)合材 料，W及月牙和帽狀金屬-壓電陶瓷晶片，其中1-3型壓電復(fù)合材料應(yīng)用最為廣泛。
[0004] 1、1-3型壓電復(fù)合材料
[0005] 1-3型壓電復(fù)合材料是由一維連通的壓電相小柱平行排列于=維連通的聚合物相 基體中而構(gòu)成的兩相壓電復(fù)合材料，其極化方向與壓電相小柱高度方向相同。常用的壓電 相材料有PZTA.PZl'S和弛豫鐵電單晶等;常用的聚合物相材料有環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨醋和聚亞胺 醋等。哈爾濱工程大學(xué)的張凱等人采用厚度模態(tài)理論和有限元方法對(duì)1-3型壓電復(fù)合材料 進(jìn)行研究（張凱，藍(lán)宇，李琪，1-3型壓電復(fù)合材料寬帶換能器，聲學(xué)學(xué)報(bào)，2011.11,36(6): 631-637)，制作了一個(gè)利用厚度振動(dòng)模態(tài)和一階橫向模態(tài)禪合的1-3型壓電復(fù)合材料元件， 其工作帶寬為190-390k化，發(fā)送電壓響應(yīng)起伏不超過(guò)2dB。研究結(jié)果表明，利用厚度振動(dòng)模 態(tài)和一階橫向模態(tài)可W拓展1-3型壓電復(fù)合材料換能器的帶寬。
[0006] 2、1-3型弧形壓電復(fù)合材料
[0007] 1-3型復(fù)合材料具有彎曲成形的優(yōu)勢(shì)，可W將其彎曲成圓形或者弧形，方便實(shí)現(xiàn)水 平全向或者寬波束的特點(diǎn)。美國(guó)材料系統(tǒng)公司（MSI)生產(chǎn)的37化化的1 -3復(fù)合材料弧形元 件，工作頻帶為208~453曲Z，壓電陶瓷小基元個(gè)數(shù)為100個(gè)，375曲Z時(shí)水平方向性-3地波束 開(kāi)角為60.5%實(shí)現(xiàn)寬波束向前發(fā)射。另外該公司利用1-3壓電復(fù)合材料制作了6行4列的弧 形陣元件，其帶寬達(dá)到8~16曲Z，水平開(kāi)角為150°，垂直開(kāi)角30°，電壓發(fā)送響應(yīng)達(dá)到137地。 [000引 3、1-3-2型弧形壓電復(fù)合材料
[0009] 1-3-2型弧形壓電復(fù)合材料換能器(鮮曉軍，林書(shū)玉，唐平.1-3-2型弧形壓電陶瓷 復(fù)合材料與換能器研究[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2015.11,51(6):1148-1152)采用切 割弧形壓電陶瓷并填充有機(jī)物的方法，制作了 1-3-2型弧形壓電陶瓷復(fù)合材料，并進(jìn)行了性 能參數(shù)測(cè)試。其中，該復(fù)合材料元件的諧振頻率為180Mz，-3dB帶寬為20kHz，3dB開(kāi)角達(dá) 150°。弧形1-3-2型壓電復(fù)合材料元件，在工作頻帶內(nèi)具有模態(tài)單一，不易發(fā)生變形，高頻時(shí) 可實(shí)現(xiàn)寬波束發(fā)射W及制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于水下聲探測(cè)和=維成像等領(lǐng) 域。
[0010] 4、1-3型弧形或圓環(huán)壓電復(fù)合材料及其制備方法
[0011] 1-3型弧形或圓環(huán)壓電復(fù)合材料及其制備方法(黃世峰，徐東宇，葉正茂，孫敏，程 新，發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朇N 102376870,濟(jì)南大學(xué))研制了一種1-3型弧形或圓環(huán)壓電復(fù)合材料， W弧形或圓形壓電陶瓷為骨架，W聚合物為基體，W金屬為電極，其中，一維的弧形壓電陶 瓷骨架平行排列于S維連通的聚合物中。通過(guò)切割一誘注制備復(fù)合材料，制作工藝簡(jiǎn)單，操 作靈活性大，所得產(chǎn)品性能良好，成功率大，產(chǎn)品性能良好，解決了壓電陶瓷圓環(huán)直徑較大 而切割機(jī)切割深度有限的矛盾，使制備過(guò)程受切割儀器影響減小。
[0012] 綜上，當(dāng)前寬帶壓電復(fù)合材料元件多數(shù)W平面結(jié)構(gòu)居多，工作頻帶較寬，但其波束 開(kāi)角較小，福射和接受信息的范圍有限。而弧形壓電復(fù)合材料雖然已有研究，但其只能在一 維水平方向彎曲，在垂直方向仍為直面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 針對(duì)上述問(wèn)題，為了同時(shí)增大壓電復(fù)合材料元件水平和垂直兩個(gè)方向的波束開(kāi)角 (空間開(kāi)角），彌補(bǔ)現(xiàn)行弧形壓電復(fù)合材料僅能一維水平方向彎曲，導(dǎo)致垂向的波束開(kāi)角較 小的缺陷，本發(fā)明提出了一種二維曲面壓電復(fù)合材料元件，并開(kāi)發(fā)了運(yùn)種二維曲面元件的 兩種制備方法，實(shí)現(xiàn)了壓電復(fù)合材料二維曲面成型，同時(shí)擴(kuò)展了元件的空間波速開(kāi)角及頻 帶寬度。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案一如下：
[0015] -種二維曲面壓電復(fù)合材料元件的制備方法，其步驟包括：
[0016] 1)在壓電陶瓷底部粘結(jié)柔性襯膜；
[0017] 2)沿第一方向切割壓電陶瓷，不切透襯膜W保留完整膜面；
[0018] 3)沿與第一方向垂直的第二方向切割壓電陶瓷，同上保留完整襯膜；
[0019] 4)通過(guò)模具對(duì)切割后形成的陶瓷柱陣列上下面進(jìn)行壓模，W成形二維曲面；
[0020] 5)脫上模，對(duì)已成形的陶瓷柱陣列誘注樹(shù)脂；
[0021] 6)再添加上模，壓模二維曲面W固化樹(shù)脂；
[0022] 7)脫上下模和襯膜；
[0023] 8)制備電極。
[0024] 進(jìn)一步地，步驟5)和6)所述的樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂，還可W采用聚氨醋等材料。
[0025] 上述方法采用"在陶瓷底部添加襯膜一陶瓷切割一模具曲面成型一誘注樹(shù)脂一固 化脫模"的新工藝，即在切割陶瓷陣列上下表面加入二維曲面模具，使其達(dá)到二維曲面彎曲 成型，脫上模后再誘注樹(shù)脂固化成型二維曲面復(fù)合材料，最后，脫上下模和襯膜，形成敏感 元件。
[00%]本發(fā)明采用的技術(shù)方案二如下：
[0027] -種二維曲面壓電復(fù)合材料元件的制備方法，其步驟包括：
[0028] 1)在第一方向?qū)弘娞沾蛇M(jìn)行一定厚度的切割；
[0029] 2)在與第一方向垂直的第二方向?qū)弘娞沾蛇M(jìn)行相同厚度的切割；
[0030] 3)對(duì)切割后形成的陶瓷柱陣列填充柔性材料；
[0031] 4)對(duì)填充柔性材料的壓電陶瓷的對(duì)立面進(jìn)行一定厚度的第一方向和第二方向的 雙向切割；
[0032] 5)通過(guò)模具對(duì)切割后形成的壓電陶瓷柱陣列上下面進(jìn)行壓模，W成形二維曲面；
[0033] 6)脫上模，對(duì)已成形的陶瓷柱陣列誘注樹(shù)脂；
[0034] 7)再添加上模，壓模二維曲面W固化樹(shù)脂；
[00巧]8)脫上下模；
[0036] 9)制備電極。
[0037] 進(jìn)一步地，步驟1)中的一定厚度是指:陶瓷厚度的1/3~陶瓷厚度的1/2;
[0038] 進(jìn)一步地，步驟3)和4)中所述柔性材料為娃橡膠，還可W采用聚氨醋等材料;步驟 6)和7)中的樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂，還可W采用聚氨醋等材料。
[0039] 上述方法采用"陶瓷切割一填充柔性材料一模具曲面成型一切割相反面陶瓷一誘 注樹(shù)脂一脫模成形二維曲面"的新工藝，即首先對(duì)壓電陶瓷極化方向的一面進(jìn)行一定厚度 的雙向切割，對(duì)其填充柔性材料，再對(duì)填充柔性材料的陶瓷的對(duì)立面進(jìn)行雙向切割，對(duì)填充 橡膠材料的一面添加二維曲面模具，再對(duì)新切割的一面誘注樹(shù)脂，在運(yùn)一面同樣放入二維 曲面模具，最終固化成形二維曲面敏感元件。
[0040] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0041] 本發(fā)明的運(yùn)兩種方法能夠制備二維曲面狀的壓電復(fù)合材料，彌補(bǔ)了現(xiàn)行復(fù)合材料 圓弧換能器僅能一維水平方向彎曲導(dǎo)致的垂直方向波束開(kāi)角較小的缺陷，最終能夠?qū)崿F(xiàn)水 平方向及垂直方向?qū)挷ㄊ瞻l(fā)的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0042] 圖1是本發(fā)明的壓電復(fù)合材料的二維曲面成型工藝第一種方法的流程圖。
[0043] 圖2是第一種方法制成的二維曲面敏感元件結(jié)構(gòu)圖。
[0044] 圖3是本發(fā)明的壓電復(fù)合材料的二維曲面成型工藝第二種方法的流程圖。
[0045] 圖4是第二種方法制成的二維曲面敏感元件結(jié)構(gòu)圖。
[0046] 圖5是第一種方法中切割陶瓷工藝圖。
[0047] 圖6是第二種方法中第一次切割陶瓷工藝圖。
[004引圖7是第二種方法中第二次切割陶瓷工藝圖。
[0049] 圖8是第二種方法中陶瓷切割-填充娃橡膠-再次切割陶瓷工藝圖。
[0050] 圖9是第一種成型工藝的步驟流程圖。
[0化1 ]圖10是第二種成型工藝的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面通過(guò)具體實(shí)施例和 附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0053] 實(shí)施例1:第一種制備方法
[0054] 本實(shí)施例采用的是在陶瓷底部添加襯膜一陶瓷切割一模具曲面成型一誘注樹(shù) 脂一固化脫模的新工藝，如圖I和圖2所示，其步驟流程如圖9所示。其中重點(diǎn)是設(shè)計(jì)模具成 形二維曲面，再誘注樹(shù)脂固化。下面具體說(shuō)明該制備方法的各個(gè)步驟：
[0055] SI)添加襯膜
[0056] 選用柔性襯膜，將其平整的貼在陶瓷底面，再將帶有柔性襯膜的陶瓷放在石墨襯 板上，準(zhǔn)備切割。
[0057] S2巧方向切割(橫向切割）
[0058] 采用精密切割機(jī)，先對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行X方向即橫向切割（陶瓷切透）。將上述中帶有 柔性襯膜陶瓷的石墨襯板安裝到切割機(jī)的卡盤(pán)上，設(shè)置切割參數(shù)，切槽的寬度根據(jù)陶瓷含 量的體積百分比，W及切割的刀數(shù)選取。陶瓷體積百分比的選取范圍為30%~70%，切槽寬 度的范圍0.2~0.7mm，切割的刀數(shù)根據(jù)壓電陶瓷瓷條的寬度確定，一般在0.3~5mm之間。根 據(jù)設(shè)置參數(shù)，編制切割程序，按操作規(guī)程進(jìn)行切割。運(yùn)里需要注意的是在兩個(gè)方向切割時(shí)柔 性襯膜不切透，保留完整膜面。
[0059] S3)Y方向切割(縱向切割）
[0060] 具體實(shí)施內(nèi)容同步驟S2,對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行y方向即縱向切割(陶瓷切透），形成壓電 陶瓷陣列，運(yùn)里需要注意的是在兩個(gè)方向切割時(shí)柔性襯膜不切透，保留完整膜面。圖5是沿 兩個(gè)方向切割陶瓷的示意圖。
[0061 ] S4)添加模具
[0062] 應(yīng)用模具對(duì)切割后帶有柔性襯膜的壓電陶瓷進(jìn)行彎曲，形成二維曲面。
[0063] 首先清洗陶瓷條骨架并驚干。采用聚四氣乙締制作特定曲率的二維曲面模具內(nèi)外 襯，將帶有切割后陶瓷的襯膜的另一面緊貼在模具內(nèi)襯外表面，利用與內(nèi)襯同曲率的聚四 氣乙締曲面模具合扣加壓二維彎曲壓電陶瓷片材。
[0064] S5)誘注環(huán)氧樹(shù)脂
[0065] 暫時(shí)取下聚四氣乙締二維曲面模具，在切割的陶瓷骨架的縫隙中灌注環(huán)氧樹(shù)脂。 按比例配制環(huán)氧樹(shù)脂，攬拌并超聲振動(dòng)混料，再將混合均勻的溶液放入真空箱內(nèi)抽真空，排 除氣泡，完成環(huán)氧樹(shù)脂配制。將配制的環(huán)氧樹(shù)脂液體沿骨架的同一部位緩慢誘注到其中，使 環(huán)氧樹(shù)脂充滿(mǎn)整個(gè)骨架，而后放入烘箱固化12hW上。在誘注過(guò)程中不易過(guò)長(zhǎng)，W保證環(huán)氧 樹(shù)脂易于流動(dòng)，能滲透到陶瓷骨架的每一個(gè)角落，充分浸潤(rùn)與陶瓷接觸的界面，避免固化后 界面出現(xiàn)剝罔。
[0066] S6)脫模
[0067] 待環(huán)氧樹(shù)脂固化后，再將聚四氣乙締二維曲面模具合扣加壓二維彎曲復(fù)合材料片 材，固化后形成二維曲面狀的復(fù)合材料。
[006引 S7)制作電極
[0069] 在內(nèi)外表面覆電極，用于后續(xù)測(cè)量。
[0070] 用乙醇清潔復(fù)合材料彎曲表面并驚干，在上下表面涂抹低溫銀漿，并放于150°C烘 箱固化2小時(shí)，形成銀層電極，用于引出信號(hào)，后續(xù)進(jìn)行測(cè)量。
[0071] 實(shí)施例2:第二種制備方法
[0072] 本實(shí)施例采用陶瓷切割一填充柔性聚合物一模具曲面成型一切割相反面陶瓷一 誘注樹(shù)脂一脫模成形二維曲面的新工藝，如圖3和4所示，其步驟流程如圖10所示。其中重點(diǎn) 是誘注兩種不同的聚合物，設(shè)計(jì)模具成形二維曲面。下面具體說(shuō)明該制備方法的各個(gè)步驟
[0073] SI巧方向切割(橫向切割）
[0074] 采用精密切割機(jī)，對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行X方向即橫向切割。通過(guò)高溫烙融石蠟將壓電陶 瓷固定在石墨襯板上，將襯板(粘固有被切陶瓷)安裝到切割機(jī)的卡盤(pán)上，設(shè)置切割參數(shù)，切 槽的寬度根據(jù)陶瓷含量的體積百分比，W及切割的刀數(shù)選取。陶瓷體積百分比的選取范圍 為30%~70%，切槽寬度的范圍0.2~0.7mm，切割的刀數(shù)根據(jù)壓電陶瓷瓷條的寬度確定，一 般在0.3~5mm之間。根據(jù)設(shè)置參數(shù)，編制切割程序，按操作規(guī)程進(jìn)行切割。運(yùn)里不需要切透 陶瓷，只需要切割一定厚度，一定厚度的范圍為:陶瓷厚度的1/3~陶瓷厚度的1/2。
[0075] S2) Y方向切割(縱向切割）
[0076] 具體實(shí)施內(nèi)容同步驟SI,對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行y方向即縱向切割，同樣的，是進(jìn)行與X方 向等厚度的切割。圖6是第一次切割陶瓷(X方向切割巧方向切割）的示意圖。
[0077] S3)填充橡膠
[0078] 本步驟在雙向切割的縫隙內(nèi)填充橡膠，形成可彎曲的復(fù)合材料片材。
[0079] 首先將切割一定厚度樣品骨架的四周用聚酷亞胺膠帶緊密纏牢，形成注膠邊框， 防止灌注時(shí)橡膠溢出。聚酷亞胺膠帶具有粘性佳，服貼性好，耐溶劑、機(jī)械性能好、耐磨擦、 抗撕裂的特性，并且膠帶掲開(kāi)后被覆表面不留膠帶殘跡。
[0080] 將娃橡膠擠出填充到壓電陶瓷骨架表面，放入真空烘箱中，抽真空，當(dāng)真空度達(dá) 到-0.1后計(jì)時(shí)3分鐘，將真空卸掉，取出樣品，觀察樣品表面娃橡膠填充情況，如果有未充滿(mǎn) 的縫隙，再次加入娃橡膠，重復(fù)上述抽真空過(guò)程。依此類(lèi)推，直到每個(gè)可觀察的縫隙中均填 滿(mǎn)娃橡膠，注意整個(gè)填充過(guò)程不要超過(guò)30分鐘。用酒精棉球?qū)⑻沾晒羌苌媳砻娑嘤嗟耐尴?膠輕輕拭去。待陶瓷柱上表面裸露于外界后，將整個(gè)樣品置于烘箱中固化，固化溫度為35 °C，固化時(shí)間為12hW上，亦可置于室溫固化48小時(shí)。娃橡膠固化后掲下聚酷亞胺膠帶，形成 可彎曲的復(fù)合材料片材。
[0081] S4)相反面陶瓷切割
[0082] 對(duì)與灌膠面相反陶瓷面進(jìn)行一定厚度的切割，運(yùn)里的厚度值二陶瓷厚度-第一次 切割厚度。具體實(shí)施內(nèi)容同步驟Sl和S2,分別對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行X和y方向的切割。圖7是第二 次切割陶瓷的示意圖。圖8是本實(shí)施例中陶瓷切割-填充娃橡膠-再次切割陶瓷工藝圖。
[0083] S5)添加模具
[0084] 應(yīng)用模具對(duì)切割后的壓電陶瓷進(jìn)行彎曲，形成二維曲面。
[0085] 首先清洗陶瓷條骨架并驚干。采用聚四氣乙締制作特定曲率的二維曲面模具內(nèi)外 襯，將有橡膠一面的陶瓷緊貼在模具內(nèi)襯外表面，利用與內(nèi)襯同曲率的聚四氣乙締二維曲 面模具合扣加壓二維彎曲壓電陶瓷片材。
[0086] S6)誘注環(huán)氧樹(shù)脂
[0087] 暫時(shí)取下聚四氣乙締二維曲面模具，在切割的陶瓷骨架的縫隙中灌注環(huán)氧樹(shù)脂。 按比例配制環(huán)氧樹(shù)脂，攬拌并超聲振動(dòng)混料，再將混合均勻的溶液放入真空箱內(nèi)抽真空，排 除氣泡，完成環(huán)氧樹(shù)脂配制。將配制的環(huán)氧樹(shù)脂液體沿骨架的同一部位緩慢誘注到其中，使 環(huán)氧樹(shù)脂充滿(mǎn)整個(gè)骨架，而后放入烘箱固化12hW上。在誘注過(guò)程中不易過(guò)長(zhǎng)，W保證環(huán)氧 樹(shù)脂易于流動(dòng)，能滲透到陶瓷骨架的每一個(gè)角落，充分浸潤(rùn)與陶瓷接觸的界面，避免固化后 界面出現(xiàn)剝蹲。
[008引 S7)脫模
[0089] 待環(huán)氧樹(shù)脂固化后，再將聚四氣乙締球面模具合扣加壓二維彎曲復(fù)合材料片材， 最終固化形成二維曲面狀的復(fù)合材料。
[0090] S8)制作電極
[0091] 在內(nèi)外表面覆電極，用于后續(xù)測(cè)量。
[0092] 用乙醇清潔復(fù)合材料彎曲表面并驚干，在上下表面涂抹低溫銀漿，并放于150°C烘 箱固化2小時(shí)，形成銀層電極，用于引出信號(hào)，后續(xù)進(jìn)行測(cè)量。
[0093] 表1對(duì)比了二維曲面壓電復(fù)合材料換能器、一維曲面壓電復(fù)合材料換能器和平面 壓電復(fù)合材料換能器的波束開(kāi)角性能：
[0094] 表1. S種換能器性能對(duì)比
[0095]
[0096] 從該表1中可W看出，二維曲面復(fù)合材料制作的換能器，其在水平方向和垂直方向 均具有大開(kāi)角的特性，實(shí)現(xiàn)聲波在水平和垂直兩方向?qū)挷ㄊ膫鞑?。與一維曲面復(fù)合材料 換能器對(duì)比，二維曲面復(fù)合材料換能器在垂直開(kāi)角有了很大的提高。
[0097] 本發(fā)明的"一種二維曲面壓電復(fù)合材料元件的制備方法"，其中二維曲面涵蓋球 面、楠圓面W及一些不規(guī)則的二維曲面。
[0098] W上實(shí)施例僅用W說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員可W對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本 發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)W權(quán)利要求書(shū)所述為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種二維曲面壓電復(fù)合材料元件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 在壓電陶瓷底部粘結(jié)柔性襯膜； 2) 沿第一方向切割壓電陶瓷，不切透襯膜以保留完整膜面； 3) 沿與第一方向垂直的第二方向切割壓電陶瓷，同上保留完整襯膜； 4) 通過(guò)模具對(duì)切割后形成的陶瓷柱陣列上下面進(jìn)行壓模，以成形二維曲面； 5) 脫上模，對(duì)已成形的陶瓷柱陣列澆注樹(shù)脂； 6) 添加上模，然后壓模二維曲面以固化樹(shù)脂； 7) 脫上下模和襯膜； 8) 制備電極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)和6)所述樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂或聚氨 酯。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)和3)中切槽的寬度根據(jù)壓電陶瓷含 量的體積百分比以及切割的刀數(shù)選取。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2)和3)中壓電陶瓷的體積百分比為 30 %~70%，切槽寬度為0.2~0.7mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一權(quán)利要求制備的二維曲面壓電復(fù)合材料元件。6. -種二維曲面壓電復(fù)合材料元件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 在第一方向?qū)弘娞沾蛇M(jìn)行一定厚度的切割； 2) 在與第一方向垂直的第二方向?qū)弘娞沾蛇M(jìn)行相同厚度的切割； 3) 對(duì)切割后形成的陶瓷柱陣列填充柔性材料； 4) 對(duì)填充柔性材料的壓電陶瓷的對(duì)立面進(jìn)行一定厚度的第一方向和第二方向的雙向 切割； 5) 通過(guò)模具對(duì)切割后形成的壓電陶瓷柱陣列上下面進(jìn)行壓模，以成形二維曲面； 6) 脫上模，對(duì)已成形的陶瓷柱陣列澆注樹(shù)脂； 7) 再添加上模，壓模二維曲面以固化樹(shù)脂； 8) 脫上下模； 9) 制備電極。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟1)所述一定厚度為壓電陶瓷厚度的1/ 3 ~1/2〇8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟3)和4)所述柔性材料為硅橡膠或聚氨 酯。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟6)和7)所述樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂或聚氨 酯。10. 根據(jù)權(quán)利要求6~9中任一權(quán)利要求制備的二維曲面壓電復(fù)合材料元件。
【文檔編號(hào)】H01L41/333GK106098928SQ201610590919
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日 公開(kāi)號(hào)201610590919.X, CN 106098928 A, CN 106098928A, CN 201610590919, CN-A-106098928, CN106098928 A, CN106098928A, CN201610590919, CN201610590919.X
【發(fā)明人】王麗坤, 仲超, 呂苗潔, 秦雷, 余博文, 谷傳欣
【申請(qǐng)人】北京信息科技大學(xué)