Preparación de cerámica piezoeléctrica / polímero compuesto transductor cilíndrico (1)

La matriz Transductor son los componentes clave en el sistema Sonar. Es un dispositivo que se da cuenta de la conversión mutua de la energía electroacústica. El rendimiento del transductor y la matriz de transductores depende principalmente del proceso de rendimiento, estructura y fabricación del material de transducción. En la actualidad, la mayoría de los transductores acústicos submarinos que utilizan la cerámica piezoeléctrica de titanato de zirconato de plomo (PZT) como material de conversión de energía, que tiene las ventajas de un alto coeficiente de acoplamiento electromecánico, baja pérdida, fabricación conveniente y bajo precio. Sin embargo, debido a la alta impedancia característica de las cerámicas piezoeléctricas, cuando la carga es agua o tejido biológico, no es fácil coincidir con la carga, la pérdida de reflexión deAnillo de cerámica PIZOEn la interfaz es grande, y su acoplamiento lateral es fuerte. Por lo tanto, el transductor de vibración de grosor se prepara con ella una banda de frecuencia estrecha, un alto valor Q, baja sensibilidad y otras deficiencias. 1-3 Tipo Los materiales compuestos piezoeléctricos tienen una baja impedancia característica, valor Q, constante dieléctrica, coeficiente de acoplamiento electromecánico lateral y coeficiente de acoplamiento electromecánico de alto grosor debido a la fase de polímero. Material ideal para el dispositivo de ahorro de energía. Se midieron las actuaciones de los transductores de pistón hechos del mismo tamaño 1-3 materiales compuestos piezoeléctricos y discos de PZT ordinarios, y se obtuvieron las curvas de admisión y la transmisión de los dos transductores en el aire y el agua. Es una respuesta de voltaje, recibir sensibilidad y parcelas de directividad. Y a través del análisis comparativo, se concluye que el transductor de material compuesto piezoeléctrico de 1-3 tipo tiene un rendimiento de transmisión y recepción significativamente mejorado en comparación con los transductores piezoeléctricos de PZT ordinarios. El compuesto piezoeléctrico 1-3 (1-3-2) mejorado conserva las excelentes características electroacústicas del 1-3PZT5 PIEZO CERÁMICACompuesto, y tiene buena temperatura y estabilidad a presión, que es muy adecuada para preparar el transductor de acústica subacuática. Este documento utiliza un material compuesto piezoeléctrico 1-2-3 para diseñar y fabricar un transductor acústico subacuático cilíndrico, y mide su admisión, transmite la respuesta de voltaje, recibe la sensibilidad y la directividad.

Estructura y preparación de compuestos piezoeléctricos.

Los materiales compuestos piezoeléctricos están hechos de 1-3 materiales compuestos piezoeléctricos y sustratos cerámicos piezoicos conectados en serie a lo largo de la dirección de polarización cerámica. Esta estructura tiene un soporte cerámico piezoeléctrico rígido en paralelo y perpendicular a la dirección de polarización, que es más estable que 1-3 materiales compuestos tipo. No solo conserva todas las ventajas de 1-3 materiales compuestos piezoeléctricos, sino que también no es fácil de deformar a temperaturas más altas, y tiene una mejor resistencia al calor y resistencia al impacto externo. El material compuesto piezoeléctrico se prepara mediante un proceso de llenado de corte. La cerámica piezoeléctrica utiliza PZT-5A producida por el Instituto de Acústica de la Academia China de Ciencias. Se ha polarizado cuando sale de la fábrica. Se usa una máquina de corte automática para cortar la superficie perpendicular al eje de polarización de la cerámica piezoica en dos direcciones que son perpendiculares entre sí, reteniendo un cierto espesor del sustrato para formar un esqueleto cerámico. Un polímero con una cantidad adecuada de abono de curado se vierte en el marco cerámico (es decir, la resina epoxi WRS618 producida por la fábrica de resina WUXI), y luego la burbuja de expulsión al vacío se evacua y se cura a temperatura ambiente para hacer un material compuesto, que Está molido o cortado para dar forma al espacio en blanco. Se formó una muestra de material compuesto, y finalmente, la superficie de la muestra se cubrió con un electrodo utilizando un aparato de pulverización de magneto de alto vacío. Usando el proceso anterior, se prepararon dos piezas de 1-3-2 lámina compuesta de cerámica / polimer piezoeléctrica de 40 mm * 40 mm * 10 mm. El ancho de los pilares de cerámica y el ancho de la resina epoxi entre los pilares son de 0.9 y 0.45 mm, respectivamente, y el grosor de laTransductor de cilindro piezoeléctrico
es 1 mm. A lo largo de la dirección de grosor del material compuesto, se cortaron dos piezas de material compuesto en 24 obleas de material compuesto con una longitud de 10 mm, un ancho de 6.5 y un espesor de 10 mm. Se midió el rendimiento de resonancia de cada oblea piezoeléctrica, y se seleccionaron 18 de ellos para hacer dos obleas de reemplazo. Los resultados de la medición del rendimiento de cada elemento de los transductores, la consistencia de rendimiento de cada elemento piezo es bueno, y su frecuencia de resonancia es casi la misma. La figura muestra la curva de medición de admisión de uno de los elementos de matriz, donde los elementos de la matriz son todos similares a ella.

Estructura y proceso de fabricación de transductor cilíndrico piezoeléctrico.

3.1 Estructura del transductor

Una pluralidad de 1-3-2 materiales compuestos piezoeléctricos están dispuestos uniformemente a lo largo de la circunferencia para formar una matriz circular para producir un transductor cilíndrico. La estructura del transductor se muestra en la imagen. En la actualidad, no se encuentra ningún transductor de esta estructura. Hay informes de investigación relacionados.

El transductor piezoeléctrico cilíndrico compuesto está compuesto por un elemento compuesto, un respaldo de cobre, un soporte y una placa de cubierta. Dieciocho elementos de material PZT compuesto están dispuestos de manera uniforme en las ranuras del respaldo de cobre en forma de anillo a lo largo de la circunferencia, y la superficie inferior de los elementos de material compuesto se adhiere al respaldo de cobre con un adhesivo conductor. De esta manera, el respaldo de cobre no solo puede localizar los elementos de la matriz, sino que también aumentan el desplazamiento de vibración. Debido al uso de unión adhesiva conductora, el electrodo inferior del elemento compuesto está conectado al respaldo, que simplifica el proceso de cable de electrodo. De esta manera, el cable del electrodo inferior (línea de señal) se puede sacar de la pared lateral interna del respaldo del tubo de cobre y conectado al mismo cable de señal del cable del eje. Luego, el soporte y el extremo cubren respectivamente la abrazadera y fije el respaldo de cobre de dos direcciones. El respaldo, el soporte y la cubierta de extremo están aislados con una lavadora de espuma rígida, y luego los electrodos externos de los elementos piezoelos de material compuesto están conectados al cable blindado del cable coaxial, y se sellan con una junta hermética o un pegamento a prueba de agua. Finalmente, el ensamblaje se coloca en un molde, y se vierte un poliuretano con un espesor de aproximadamente 2 mm para formar una capa impermeable, permeable al sonido y de sellado. Al utilizar el proceso anterior, dos transductores cilíndricos idénticos se fabricaban experimentalmente, y las dimensiones generales de los transductores cilíndricos después del conjunto eran de 70 mm x 15 mm.