[发明专利]双频大尺寸压电复合材料球形换能器及其制备方法

权利要求书

1.一种双频大尺寸压电复合材料球形换能器，其特征在于，包括压电复合材料球壳；所述压电复合材料球壳包括多个压电材料柱，以及填充于各压电材料柱之间的聚合物；所述压电复合材料球壳的外表面贴覆匹配层；所述聚合物包含两层，其中一层为柔性聚合物，另一层为硬性聚合物；所述压电复合材料球壳的振动包括径向、厚度两种模态，径向振动的谐振频率是换能器低频工作时的谐振频率，厚度振动的谐振频率是换能器高频工作时的谐振频率。

2.根据权利要求1所述的双频大尺寸压电复合材料球形换能器，其特征在于，所述压电材料柱采用的压电材料为下列中的一种：压电陶瓷、压电单晶、有机压电材料；所述聚合物为下列中的一种：环氧树脂、硅橡胶、聚氨酯、丁腈橡胶。

3.根据权利要求1所述的双频大尺寸压电复合材料球形换能器，其特征在于，所述压电复合材料球壳的直径大于200mm；所述压电复合材料球壳中压电材料的体积百分比为0.20～0.80。

4.根据权利要求1所述的双频大尺寸压电复合材料球形换能器，其特征在于，所述匹配层的厚度为匹配层中的声波波长的1/4，或在1/4波长左右进行微调。

5.根据权利要求1所述的双频大尺寸压电复合材料球形换能器，其特征在于，所述匹配层的材料是添加有铝粉或钨粉的环氧树脂。

6.根据权利要求1所述的双频大尺寸压电复合材料球形换能器，其特征在于，换能器包括背衬、电极引线、输出电缆和防水透声层，所述压电复合材料球壳通过背衬固定，电极引线与输出电缆相连，球形换能器的整体外围胶封防水透声层。

7.一种制备权利要求1所述双频大尺寸压电复合材料球形换能器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对压电材料片进行切割，形成带压电材料基底的压电材料柱阵列；

2)在带压电材料基底的压电材料柱阵列中填充柔性聚合物；

3)按照与步骤1)相同的步进和切缝，从反面对缝切割压电材料基底，以形成依靠柔性聚合物连接的柔性压电材料柱阵列；

4)利用球面模具压模弯曲柔性压电材料柱阵列，以形成曲面形状的压电材料柱阵列；

5)向曲面状的压电材料柱阵列中灌注硬性聚合物，并压模固化；

6)待灌注的硬性聚合物固化后脱模，压电材料柱阵列定型成曲面结构；

7)将曲面结构固定于定位工装中；

8)根据定位工装的外形，将曲面结构加工成与定位工装相同外形的结构；

9)在步骤8)加工后的曲面结构内外表面被覆电极材料；

10)在被覆完电极材料的曲面结构上引出电极引线；

11)将做好电极引线的曲面结构排布于球面共形背衬上，并用粘接曲面结构的接缝以及曲面结构内表面与背衬的外表面的接触面，形成压电复合材料球壳；

12)在压电复合材料球壳的外表面制备匹配层。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤8)采用切割或研磨的方式，将曲面结构加工成与定位工装相同外形的结构。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤10)采用焊接导线或贴敷线路薄膜的方式制备电极引线。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤12)之后，将制备好匹配层的压电复合材料球壳通过背衬固定，并将电极引线与输出电缆相连，然后在换能器的整体外围胶封防水透声层。