CN100428000C

CN100428000C - 用陶瓷材料吸声的声光器件

Info

Publication number: CN100428000C
Application number: CNB2007100781701A
Authority: CN
Inventors: 张泽红
Original assignee: CETC 26 Research Institute
Current assignee: CETC 26 Research Institute
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: CN101025481A

Abstract

本发明公开一种用陶瓷材料吸声的声光器件，包括换能器、声光互作用介质、反射面和校正块，其特征在于用胶粘剂把吸声陶瓷片粘接在声光互作用介质的反射面上。本发明利用碳化硅、氮化铝或氮化硼陶瓷材料的吸声效果好，没有剩余反射声波，以及膨胀系数与声光互作用介质的差异较小等特点，将其应用于声光器件，即使使用环境温差过大，或陶瓷材料把吸收的声波转换为热量后由于没有及时散走导致温升过大时，也不会引起声光互作用介质反射面破裂；而且还降低了制造成本。

Description

用陶瓷材料吸声的声光器件

技术领域

本发明涉及一种利用陶瓷材料吸收反射声波的声光器件，具体涉及将碳化硅、氮化铝和氮化硼陶瓷材料应用于声光器件上的发明。

背景技术

声光器件作为激光照排机、激光划片机和激光打标机等激光产品的重要部件，应用越来越广泛。现有技术中，尤其是中大功率的声光器件，如声光Q开关由于射频功率较大、反射声波较多，必须采取一定技术消除反射声波，防止反射声波与激光发生有害的声光互作用，降低调Q后输出的平均功率，损害激光器的调Q效果。目前对于声光器件内反射声波的吸收主要是采用铅、铟等金属材料吸收反射声波。具体使用方法是：用胶粘剂把铅、铟等金属材料粘接在声光互作用介质的反射面上。使用时，射频信号传输到换能器上，换能器把射频信号转化为超声波传输到声光互作用介质内，在到达声光互作用介质的反射面时经胶粘剂耦合到铅、铟等金属材料上，铅、铟等金属材料吸收超声波，防止了反射面反射超声波。但是由于铅、铟等金属材料的膨胀系数较大，比声光互作用介质大了两个数量级，在使用环境温差过大，或铅、铟等金属材料在把吸收的声波转换为热量后由于没有及时散走导致温升过大时，金属材料和声光互作用介质因为膨胀的差异太大，容易引起声光互作用介质反射面破裂。而且，铅、铟等金属材料价格较贵。因此，寻求一种膨胀系数与声光互作用介质差异小，避免声光互作用介质反射面破裂的用于声光器件的吸声材料是所属领域技术人员期待解决的问题。

工程结构陶瓷是陶瓷材料的重要分支。目前，在工程结构陶瓷研究中，开发出了强度高、导热率高、耐高温、耐磨损、抗腐蚀、膨胀系数低的材料如碳化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铝和氧化铍等，广泛应用于机械、电子、航空航天、生物工程等领域。

碳化硅陶瓷是一种具有优良的高温力学性能的新型结构陶瓷材料，具有热膨胀系数小、比重轻(只有重金属的三分之一)、导热系数大等特性，热等静压碳化硅陶瓷试样的弯曲强度可以达到1000MPa。碳化硅陶瓷的高温蠕变速率小。在高温长时间使用中，碳化硅陶瓷很稳定，抗氧化性好，强度较少受环境(例如氧化)的影响。碳化硅的耐急冷急热性好，且具有优良的高温抗腐蚀性。因而，碳化硅常用于制备航天器燃烧室、火箭喷嘴及轴承、滚珠、机械密封等处。

氮化硼属六方晶系，具有类似石墨的层次结构，故有白石墨之称。氮化硼的膨胀系数低(与石英相当)，导热率高(是石英的10倍)，所以抗热震性优良，在1200～20℃循环百次也不破坏。氮化硼是热的良导体，又是典型的电绝缘体，具有良好的润滑性，抗氧化性，抗腐蚀性和化学稳定性，已经广泛用于制造高温构件、火箭燃烧室内衬、宇宙飞船的热屏蔽、磁流件发电机的耐蚀件等。

氧化铍具有很高的热导率，好的机械性能和介电性能，是过去大量使用的绝缘散热材料，但是，随着温度的提高热导性能明显下降，不能适应高功率大发热量的器件使用要求，更重要的是氧化铍有很高的毒性，在生产中会对环境造成污染，且不利于工人的身体健康。目前，它正在被氮化铝、氮化硼等取代。

氧化铝陶瓷的膨胀系数、吸声系数与氮化铝陶瓷相似，但热导率只有氮化铝陶瓷的七分之一，因此氧化铝陶瓷也正在被氮化铝、氮化硼等取代。

氮化铝为六方晶型，纯氮化铝呈蓝白色，通常为灰色或灰白色。它的密度大于3.25，熔点2450℃，热导率120～200W/m·k，大约是铜热导的50％，膨胀系数约为5×10-6/℃，同时氮化铝有低的介电常数、高电阻、低密度和接近硅的热膨胀系数。氮化铝陶瓷是新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料。它还可用作熔炼有色金属和半导体材料砷化镓的坩埚、蒸发舟、热电偶的保护管、高温绝缘件、微波介电材料、耐高温及耐腐蚀结构陶瓷及透明氮化铝微波陶瓷制品。氮化铝无毒副作用，综合性能优于氧化铝、氧化铍等陶瓷。

但是，关于陶瓷材料在声光器件的应用及研究目前尚未见报道。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种膨胀系数与声光互作用介质的差异小，避免声光互作用介质反射面破裂的用陶瓷材料吸声的声光器件。

本发明的目的是这样实现的：用陶瓷材料吸声的声光器件，包括换能器、声光互作用介质、反射面和校正块，其特征在于：用胶粘剂把吸声陶瓷片粘接在声光互作用介质的反射面上用于吸收超声波，防止反射面反射超声波。

所述吸声陶瓷片是碳化硅、氮化铝或氮化硼瓷片；所述吸声陶瓷片的厚度大于0.3mm，小于1mm。

本发明的创新点在于将碳化硅、氮化铝和氮化硼瓷片等陶瓷材料应用于声光器件上。相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明利用碳化硅、氮化铝、氮化硼陶瓷材料的吸声效果好，没有剩余反射声波，以及膨胀系数与声光互作用介质的差异较小等特点，将其应用于声光器件，即使使用环境温差过大，或陶瓷材料把吸收的声波转换为热量后由于没有及时散走导致温升过大时，也不会引起声光互作用介质反射面破裂。

2、碳化硅、氮化铝和氮化硼等陶瓷材料制造工艺成熟，价格低、无毒副作用，是来源方便的环保材料；并且陶瓷材料(碳化硅、氮化铝和氮化硼)性能稳定，能长期可靠工作。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图中，1-换能器、2-声光互作用介质、3-反射面、4-胶粘剂、5-校正块、6-陶瓷片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明用陶瓷材料吸声的声光器件，主要包括换能器1、声光互作用介质2、反射面3和校正块5，其创新点在于将碳化硅、氮化铝或氮化硼瓷片材料应用于声光器件上。即用胶粘剂4把陶瓷片6粘接在声光互作用介质2的反射面3上吸收超声波，防止反射面反射超声波。为了充分吸收超声波，同时及时散走声波转换的热量，防止热量积累影响声光互作用介质2的性能，陶瓷片6(碳化硅、氮化铝或氮化硼瓷片)的厚度在0.3mm～1mm为宜，如0.3mm、0.4mm、0.6mm等。

使用时，射频信号RF传输到换能器1上，换能器1把射频信号RF转化为超声波传输到声光互作用介质2内，超声波在到达声光互作用介质2的反射面3时经胶粘剂4耦合到陶瓷片6上，陶瓷片6吸收超声波，防止了反射面3反射超声波。这样声光互作用介质2内的超声波为完全行波，这种行波产生的折射率光栅与激光发生波互作用，产生衍射光。胶粘剂4最好采用504胶，其粘接牢固，性能稳定。碳化硅、氮化铝或氮化硼陶瓷薄片的膨胀系数小(与声光互作用介质2如石英玻璃相当)，吸声系数和热导率都很高，而且性能稳定，价格便宜，无毒副作用，因此是声光器件吸声陶瓷片6的最佳选择。氧化铝陶瓷的膨胀系数、吸声系数与氮化铝陶瓷相似，但热导率只有氮化铝陶瓷的七分之一，因此氧化铝陶瓷没有氮化铝陶瓷理想。氧化铍陶瓷在膨胀系数、吸声系数和热导率方面都很适合做吸声材料，但它有剧毒，正在被氮化铝陶瓷取代，因此在做吸声材料方面也没有氮化铝陶瓷理想。

实施例1：在声光Q开光中使用氮化铝陶瓷片(厚度0.4mm)作吸声材料，504胶作胶粘剂，在射频功率50W时，反射波几乎为0。在关断50W的连续激光时，获得了40W的平均功率。在同等测试条件下，不使用氮化铝陶瓷片吸声的声光Q开关，仅得到了30W的平均功率。因此这种吸声措施性能稳定，效果显著，明显提高了声光Q开关的平均功率和调Q效果，可以广泛应用于声光器件。与实施例1不同的是采用碳化硅或氮化硼瓷片(厚度0.3mm～1mm)作吸声材料也可达到相同的效果。

采用本发明，超声波传输到声光互作用介质的反射面时，经胶粘剂耦合到氮化铝陶瓷片上，陶瓷片吸收超声波，消除了声波反射，防止了反射声波与激光发生有害的声光互作用，提高了激光器的调Q效果。由于陶瓷材料的膨胀系数小，与声光互作用介质相当，不会引起声光互作用介质反射面破裂。

Claims

1、用陶瓷材料吸声的声光器件，包括换能器(1)、声光互作用介质(2)、反射面(3)和校正块(5)，其特征在于：用胶粘剂(4)把吸声陶瓷片(6)粘接在声光互作用介质(2)的反射面(3)上，所述吸声陶瓷片(6)为氮化铝陶瓷片。

2、根据权利要求1所述的用陶瓷材料吸声的声光器件，其特征在于：所述吸声陶瓷片的厚度在0.3mm～1mm之间。