CN101763852A - 声子晶体用散射体无缝成型制备方法 - Google Patents

Abstract

一种声子晶体用散射体无缝成型制备方法，通过散射体成型模具凹形成型板(2)和凸形成型板(1)实现包覆体和振子的无缝成型制备。将振子擦洗干净并干燥备用，将排完气泡的硅橡胶混合物均匀浇铸到凹形成型板的每个半球凹圆内，将凸形成型板盖到凹形成型板上并用螺栓将其紧固在一起放进30～100℃的烘箱中进行固化成型24h，制得的半球形硅橡胶。将振子表面底漆处理晾干0.5h后放入半球形硅橡胶内，将另一块凹形成型板扣装在振子上部放进30～100℃范围内的烘箱中进行固化成型24h，制得了由振子和包覆体构成的散射体。制备出的散射体具有性能稳定，界面均匀，无缝隙，可设计性强等优点。

Description

声子晶体用散射体无缝成型制备方法

技术领域

本发明属于材料复合成型技术领域，尤其涉及到声学、城市环境、工业噪声治理、航空噪声治理和航海噪声治理的一种声子晶体用散射体无缝成型制备方法。

背景技术

近年来，经典波在周期性复合介质中传播的研究极其活跃，并把具有弹性波带隙的人工结构的功能材料称为声子晶体，其中由三种组元材料构成的声子晶体称为三组元声子晶体。

声子晶体有着同光子晶体相似的基本特性：声子晶体具有能带，能带间存在声波带隙，当声波频率落在声波带隙频率范围内时，声波被禁止传播。在声子晶体内部，材料组分的弹性常数、质量、密度等参数周期性变化。随着材料组分搭配的不同或周期结构形式的不同，声子晶体的声波带隙特性也就不同。声子晶体具有广阔的发展空间和直接的军事应用背景，如用于隔声降噪、隔振减振、超声换能器、振荡器等，可大幅度地提高探测器材的灵敏度，降低潜艇等武器装备及重要目标的特性信号。三组元声子晶体由于具有特殊的局域共振机理，而使其带隙具有低频、宽带的特性，对于实际应用有着重要的价值。

目前，国内外人员研究的重点集中在三组元声子晶体的基础理论、带隙计算、仿真分析和性能表征等方面，对三组元声子晶体的成型制备研究较少。由于三组元声子晶体结构设计和制备技术参数高、难度大，特别是散射体的无缝成型技术，使得成熟的成型制备方法尚未见公开报道，严重影响了三组元声子晶体试验样品的研制，限制了声子晶体在振动与噪声控制方面的应用研究，阻碍了声子晶体技术的发展。

三组元声子晶体一般由振子、包覆体和基体构成，其中包覆体和振子构成散射体，散射体是组成三组元声子晶体的基本条件。但是有关散射体的无缝成型制备方法至今未见报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种声子晶体用散射体无缝成型制备方法，利用该无缝成型制备方法可以方便、快捷地制备出散射体，具有制备方法简单、可操作性强、成本低、缺陷低和周期低的优点，促进了声子晶体技术的快速发展。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的声子晶体用散射体无缝成型制备方法，所制备的散射体由包覆体和振子共同构成，包覆体采用硅橡胶，振子采用金属粒子球，通过散射体成型模具实现包覆体和振子的无缝成型制备，具体无缝成型制备方法如下：

I、散射体成型模具

散射体成型模具分为凹形成型板和凸形成型板；凹形成型板总体呈长方形但凹形成型面呈等距半球凹圆形，半球凹圆的直径为￠D_凹，相邻两半球凹圆的边缘间距为H_凹；凸形成型板总体呈长方形但凸形成型面呈等距半球凸圆形，半球凸圆的直径为￠D_凸，相邻两半球凸圆的边缘间距为H_凸；￠D_凹＞￠D_凸，两半球凹圆的中心距￠D_凹+H_凹≡两半球凸圆的中心距￠D_凸+H_凸；将凹形成型板和凸形成型板用90#汽油擦洗干净后再用丙酮或者酒精清洗，并在30～100℃范围内干燥备用；

II、包覆体配料

按质量比称取10份的硅橡胶CHHU-31-40A和1份的硅橡胶CHHU-31-40B并充分搅拌均匀形成硅橡胶混合物，然后将硅橡胶混合物置于抽真空设备中进行抽真空处理以除去硅橡胶混合物中混入的气泡并备用；

III、振子擦洗

将振子采用的金属粒子球用90#汽油擦洗干净后再用丙酮清洗，并在30～100℃范围内干燥备用；

IV、无缝成型制备

i、将排除完气泡的硅橡胶混合物均匀浇铸到凹形成型板的每个半球凹圆内，所浇铸的量为半球凹圆容积的2/3；

ii、将凸形成型板盖到凹形成型板上并用螺栓将其紧固在一起，然后放进30～100℃范围内的烘箱中进行固化成型24h，待凸形成型板和凹形成型板中的硅橡胶混合物固化成半球形硅橡胶后再拧开螺栓去除凸形成型板，使制得的半球形硅橡胶留在凹形成型板中；

iii、将备用的金属粒子球表面均匀涂抹一层底漆处理剂CHHU-01，晾干0.5h后再将金属粒子球均匀分布在凹形成型板中每个半球形硅橡胶内备用；

iv、重复无缝成型制备步骤i和步骤ii制得不带金属粒子球的另一块凹形成型板半球形硅橡胶；

v、将另一块凹形成型板扣装在步骤iii中凹形成型板每个金属粒子球的上部将其紧固在一起，然后放进30～100℃范围内的烘箱中进行固化成型24h，待两块凹形成型板中的硅橡胶混合物和金属粒子球固化成型后再拧开螺栓去除两块凹形成型板制得全球形散射体，清除全球形散射体表面的溢出飞边物，制得了由振子材料和包覆体材料构成的散射体。

所述的声子晶体用散射体无缝成型制备方法，其金属粒子球或是钢球，或是钨球，或是铜球，或是铅球，或是铝球。

所述的声子晶体用散射体无缝成型制备方法，其凹形成型板和凸形成型板由聚四氟乙烯制成。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、本发明的无缝成型制备方法所制备的散射体是一种由两组材料构成的散射体，该散射体是实现三组元声子晶体的必备条件。

2、本发明制备出的散射体具有性能稳定，界面均匀，无缝隙，可设计性强等优点。

3、本发明解决了目前没有成型工艺技术制备由振子材料和包覆体材料构成的散射体这一难题，为实验室研究三组元声子晶体提供了技术保障。

附图说明

图1是本发明凸形成型板的结构示意图。

图2是本发明凹形成型板的结构示意图。

上述图中：1-凸形成型板；2-凹形成型板。

具体实施方式

本发明的声子晶体用散射体无缝成型制备方法，成型制备的散射体是由包覆体和振子共同构成，包覆体采用硅橡胶，硅橡胶具有材质软、剪切模量较大、密度很小、成型简单的特点。

振子采用金属粒子球，金属粒子球或是钢球，或是钨球，或是铜球，或是铅球，或是铝球。金属粒子球具有刚性大、密度大的特点。

通过散射体成型模具实现包覆体和振子的无缝成型制备，散射体成型模具结构如下：

结合图1-2，散射体成型模具分为凹形成型板2和凸形成型板1。凹形成型板总体呈长方形但凹形成型面呈等距半球凹圆形，半球凹圆的直径为￠D_凹，相邻两半球凹圆的边缘间距为H_凹。凸形成型板总体呈长方形但凸形成型面呈等距半球凸圆形，半球凸圆的直径为￠D_凸，相邻两半球凸圆的边缘间距为H_凸。￠D_凹＞￠D_凸，两半球凹圆的中心距￠D_凹+H_凹≡两半球凸圆的中心距￠D_凸+H_凸。将凹形成型板和凸形成型板用90#汽油擦洗干净以清除其存留的各种油污，再用丙酮或者酒精溶剂清洗，以清除模具上负有的各种粉尘和汽油残留物，并在30～100℃范围内干燥备用，干燥温度最佳80℃。

所述凹形成型板和凸形成型板具有如下特点：

1)凹形成型板和凸形成型板上的半球凹圆和半球凸圆的设置数目没有严格规定，主要根据试验的要求确定，至少是一个，大到无数个，并不局限于图2所示的五个半球凹圆或图1所示的五个半球凸圆。需要说明的是：半球凹圆和半球凸圆可以成排设置，或成列设置，或成排成列设置，半球凹圆和半球凸圆的设置数量不论按排、按列或按排按列至少是一个或一个以上。

2)在成型过程中，半球凹圆和半球凸圆在尺寸上是要严格紧密配合的，在数目设置上也要对等，并且要求￠D_凹＞￠D_凸，两者尺寸上的差值就是包覆层的厚度。同时相邻两半球凹圆的边缘间距H凹或相邻两半球凸圆的边缘间距H_凸可以是等距的，也可以是不等距的，但必需满足两半球凹圆的中心距￠D_凹+H_凹≡两半球凸圆的中心距￠D_凸+H_凸。

3)凹形成型板和凸形成型板由聚四氟乙烯制成。

按质量比称取10份的硅橡胶CHHU-31-40A和1份的硅橡胶CHHU-31-40B并充分搅拌均匀形成硅橡胶混合物，然后将硅橡胶混合物置于抽真空设备中进行抽真空处理以除去硅橡胶混合物中混入的气泡并备用。

将振子采用的金属粒子球用90#汽油擦洗干净后再用丙酮清洗，并在30～100℃范围内干燥备用，干燥温度最佳80℃。

图1是五个半球凸圆的凸形成型板结构示意图，图2是五个半球凹圆的凹形成型板结构示意图，金属粒子球选用的是不锈钢球，直径是Φ10mm，因此对于凹形成型板而言，半球凹圆的直径为￠D_凹＝Φ15mm，相邻两半球凹圆的边缘间距为H_凹＝6mm，外形尺寸为130×130×15mm。对于凸形成型板而言，半球凸圆的直径为￠D_凸＝Φ10mm，相邻两半球凸圆的边缘间距为H_凸＝11mm。￠D_凹＝Φ15mm＞￠D_凸＝Φ10mm，两半球凹圆的中心距(15+6)mm≡两半球凸圆的中心距(10+11)mm。

无缝成型制备的具体步骤如下：

i、将排除完气泡的硅橡胶混合物均匀浇铸到凹形成型板的每个半球凹圆内，所浇铸的量为半球凹圆容积的2/3；

ii、将凸形成型板盖到凹形成型板上并用螺栓将其紧固在一起，然后放进30～100℃(最佳60℃)范围内的烘箱中进行固化成型24h，待凸形成型板和凹形成型板中的硅橡胶混合物固化成半球形硅橡胶后再拧开螺栓去除凸形成型板，使制得的半球形硅橡胶留在凹形成型板中；

iii、将备用的金属粒子球表面均匀涂抹一层底漆处理剂CHHU-01，晾干0.5h后再将金属粒子球均匀分布在凹形成型板中每个半球形硅橡胶内备用；

iv、重复成型制备步骤i和步骤ii制得不带金属粒子球的另一块凹形成型板半球形硅橡胶；

v、将另一块凹形成型板扣装在步骤iii中凹形成型板每个金属粒子球的上部将其紧固在一起，然后放进30～100℃(最佳60℃)范围内的烘箱中进行固化成型24h，待两块凹形成型板中的硅橡胶混合物和金属粒子球固化成型后再拧开螺栓去除两块凹形成型板制得全球形散射体，清除全球形散射体表面的溢出飞边物，制得由包覆体材料和振子材料构成的散射体。

上述制得的散射体可以形成系列化，当金属粒子球选用的直径不同，或改变凹形成型板和凸形成型板上的半球凹圆直径￠D_凹和半球凸圆直径￠D_凸，就能制备出不同直径的散射体。

无缝成型制备的散射体是构成三组元声子晶体的必备条件，将成型散射体有序排列并均匀包裹在基体中可以成型制备出三组元声子晶体。

Claims (3)

1.一种声子晶体用散射体无缝成型制备方法，其特征在于：该方法所制备的散射体由包覆体和振子共同构成，包覆体采用硅橡胶，振子采用金属粒子球，通过散射体成型模具实现包覆体和振子的无缝成型制备，具体无缝成型制备方法如下：

I、散射体成型模具

散射体成型模具分为凹形成型板(2)和凸形成型板(1)；凹形成型板总体呈长方形但凹形成型面呈等距半球凹圆形，半球凹圆的直径为￠D_凹，相邻两半球凹圆的边缘间距为H_凹；凸形成型板总体呈长方形但凸形成型面呈等距半球凸圆形，半球凸圆的直径为￠D_凸，相邻两半球凸圆的边缘间距为H_凸；￠D_凹＞￠D_凸，两半球凹圆的中心距￠D_凹+H_凹≡两半球凸圆的中心距￠D_凸+H_凸；将凹形成型板和凸形成型板用90#汽油擦洗干净后再用丙酮或者酒精清洗，并在30～100℃范围内干燥备用；

II、包覆体配料

按质量比称取10份的硅橡胶CHHU-31-40A和1份的硅橡胶CHHU-31-40B并充分搅拌均匀形成硅橡胶混合物，然后将硅橡胶混合物置于抽真空设备中进行抽真空处理以除去硅橡胶混合物中混入的气泡并备用；

III、振子擦洗

将振子采用的金属粒子球用90#汽油擦洗干净后再用丙酮清洗，并在30～100℃范围内干燥备用；

IV、无缝成型制备

i、将排除完气泡的硅橡胶混合物均匀浇铸到凹形成型板的每个半球凹圆内，所浇铸的量为半球凹圆容积的2/3；

ii、将凸形成型板盖到凹形成型板上并用螺栓将其紧固在一起，然后放进30～100℃范围内的烘箱中进行固化成型24h，待凸形成型板和凹形成型板中的硅橡胶混合物固化成半球形硅橡胶后再拧开螺栓去除凸形成型板，使制得的半球形硅橡胶留在凹形成型板中；

iii、将备用的金属粒子球表面均匀涂抹一层底漆处理剂CHHU-01，晾干0.5h后再将金属粒子球均匀分布在凹形成型板中每个半球形硅橡胶内备用；

iv、重复无缝成型制备步骤i和步骤ii制得不带金属粒子球的另一块凹形成型板半球形硅橡胶；

v、将另一块凹形成型板扣装在步骤iii中凹形成型板每个金属粒子球的上部将其紧固在一起，然后放进30～100℃范围内的烘箱中进行固化成型24h，待两块凹形成型板中的硅橡胶混合物和金属粒子球固化成型后再拧开螺栓去除两块凹形成型板制得全球形散射体，清除全球形散射体表面的溢出飞边物，制得了由振子材料和包覆体材料构成的散射体。

2.如权利要求1所述的声子晶体用散射体无缝成型制备方法，其特征在于：金属粒子球或是钢球，或是钨球，或是铜球，或是铅球，或是铝球。

3.如权利要求1所述的声子晶体用散射体无缝成型制备方法，其特征在于：凹形成型板和凸形成型板由聚四氟乙烯制成。

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