CN104846301B - 一种低频吸声材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低频吸声材料的制备方法，包括以下步骤：一、将铜粉加入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，得到浆料；二、将浆料均匀涂覆于致密金属板表面，干燥后得到粉末涂层；三、将金属纤维铺设于致密金属板上，压制后烧结，得到金属纤维多孔复合材料；四、对金属纤维多孔复合材料进行打孔，得到低频吸声材料。本发明制备的低频吸声材料在频率为500Hz～1000Hz的条件下的平均吸声系数达到0.20～0.35，吸声性能优良，可广泛应用于具有低频吸声要求的精密电子元器件领域或其他消声场所。

Description

一种低频吸声材料的制备方法
技术领域
本发明属于吸声材料技术领域，具体涉及一种低频吸声材料的制备方法。
背景技术
环境噪声会对精密电子元器件的使用精度产生巨大影响，为此需要配备复杂的硬件和软件系统对其输出信号进行处理，这样不但增加了系统重量和成本，也降低了系统的可靠性。因此急需开发一种具有高效吸声效果的吸声材料。众所周知，多孔吸声材料具有很高的中、高频吸声系数，但其低频吸声系数很低。目前，常见的多孔吸声材料主要包括纤维吸声材料、泡沫吸声材料和颗粒状吸声材料。
金属纤维多孔材料是当前材料科学中迅速发展并兼具功能和结构双重属性的性能优异的新型工程材料，轻质高强的特点使其具有相当好的应用前景。目前已广泛应用于航空航天、冶金机械、石油化工、电子通讯、化工化学、建筑交通、能源环保、国防军工、生物制药、核技术和海陆空武器装备等方面。金属纤维多孔材料具有三维网状多孔结构、高精度全连通的孔径、孔隙率高、比表面积大的结构特点，有效克服了多孔有机高分子材料强度低且不耐高温，多孔陶瓷质脆且不抗热震，金属网易堵易破，粉末烧结易碎、流量小，滤纸滤布不耐温、耐压等缺点。金属纤维多孔材料独特的孔结构使其具有优异的吸声性能，不但可用于水下吸声、高声压下的航空发动机吸声声衬材料，而且具有强度高、易加工、耐高温和抗恶劣环境能力强等优点，是一类具有良好发展前途的吸声材料。
精密电子元器件由于使用空间有限，因此需要薄且高效吸收声波的吸声材料用于噪声处理。厚度较薄的金属纤维多孔材料的低频吸声性能较低，不能满足电子元器件的使用要求，从而成为制约其大规模应用的瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低频吸声材料的制备方法。该方法制备工艺简单，可操作性强，易于实现工业化生产。采用该方法制备的低频吸声材料在频率为500Hz～1000Hz条件下的平均吸声系数达到0.20～0.35，吸声性能优良，可广泛应用于具有低频吸声要求的精密电子元器件领域或其他消声场所。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将铜粉加入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，得到浆料；所述浆料中铜粉的质量百分含量为8％～12％，余量为聚乙烯醇水溶液；
步骤二、将步骤一中所述浆料均匀涂覆于致密金属板表面，然后将涂覆有浆料的致密金属板置于干燥箱中干燥，在致密金属板表面得到粉末涂层；所述致密金属板的材质为不锈钢或铁铬铝合金；
步骤三、将金属纤维铺设于步骤二中表面涂覆有粉末涂层的致密金属板上，采用油压机进行压制后放入烧结炉中，在温度为950℃～1050℃的条件下烧结0.5h～2h，得到金属纤维多孔复合材料；所述金属纤维多孔复合材料包括多孔纤维层、致密板层以及位于多孔纤维层和致密板层之间的粉末烧结层；所述金属纤维的材质与致密金属板的材质相同；
步骤四、对步骤三中所述金属纤维多孔复合材料进行打孔，得到低频吸声材料，该材料在频率为500Hz～1000Hz的条件下具有吸声性能；所述打孔的具体过程为：在多孔纤维层上开设多个第一盲孔，在致密板层上开设多个第二盲孔，所述第一盲孔和所述第二盲孔为错位开设。
上述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为2％～5％。
上述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铜粉的粒度为10μm～45μm。
上述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述干燥的温度为100℃～120℃，所述干燥的时间为1h～2h。
上述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述粉末涂层的厚度为0.1mm～0.2mm。
上述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述多孔纤维层的孔隙率为65％～80％。
上述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第一盲孔的孔径为0.15mm～2.0mm，所述第二盲孔的孔径为1.5mm～3.0mm。
上述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第一盲孔的孔深与多孔纤维层的厚度相同，所述第二盲孔的孔深与致密板层的厚度相同。
上述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤四中相邻两个第一盲孔之间的距离均相等，相邻两个第二盲孔之间的距离均相等。
上述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述多孔纤维层和致密板层的穿孔率均为1％～15％。
本发明中所述穿孔率是指在穿孔面积范围内，穿孔孔眼的总面积占整个面积的百分数。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明制备工艺简单，可操作性强，易于实现工业化生产。
2、本发明通过对金属纤维进行铺设、压制和烧结，可保证金属纤维多孔材料获得小尺寸孔径且孔结构分布均匀。
3、本发明通过施加粉末涂层，可显著降低金属纤维多孔复合材料的烧结温度，节约能源；同时保证金属纤维与致密金属板形成冶金结合，使其具有较高的强度。
4、本发明充分利用金属纤维多孔材料与穿孔板的高效吸声特点，制备出可满足电子元器件领域且具有高效吸声效果的低频吸声材料。
5、本发明制备的低频吸声材料在频率为500Hz～1000Hz条件下的平均吸声系数达到0.20～0.35，吸声性能优良，解决了多孔材料在有限空间内且低频条件下吸声性能差的难题。
6、本发明制备的低频吸声材料，其盲孔呈等距排列，可保证材料具有优异的吸声性能。
7、本发明还可根据实际工况对材料的结构进行优化设计与控制，制备出具有优异吸声性能的多种结构的低频吸声材料。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明制备的低频吸声材料的结构示意图。
图2为图1的A-A剖面图。
附图标记说明:
1—多孔纤维层； 2—粉末烧结层； 3—致密板层；
4—第一盲孔； 5—第二盲孔。
具体实施方式
实施例1
结合图1和图2，本实施例低频吸声材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将粒度为10μm的铜粉加入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，得到浆料；所述浆料中铜粉的质量百分含量为8％，余量为聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为2％；
步骤二、将步骤一中所述浆料均匀涂覆于致密金属板表面，然后将涂覆有浆料的致密金属板置于干燥箱中干燥，在致密金属板表面得到粉末涂层；所述干燥的温度为120℃，所述干燥的时间为1h；所述粉末涂层的厚度为0.1mm；所述致密金属板的材质为不锈钢；
步骤三、将材质为不锈钢的金属纤维铺设于步骤二中表面涂覆有粉末涂层的致密金属板上，然后采用油压机进行压制，之后放入烧结炉中，在温度为950℃的条件下烧结1h，得到金属纤维多孔复合材料；所述金属纤维多孔复合材料包括多孔纤维层1、致密板层3以及位于多孔纤维层1和致密板层3之间的粉末烧结层2；所述多孔纤维层1的孔隙率为70％；
步骤四、对步骤三中所述金属纤维多孔复合材料进行打孔，具体过程为：在多孔纤维层1上开设多个第一盲孔4，在致密板层3上开设多个第二盲孔5，所述第一盲孔4和所述第二盲孔5错位开设；所述多孔纤维层1和致密板层3的穿孔率均为3％；所述第一盲孔4的孔径为0.15mm，所述第二盲孔5的孔径为2.0mm；所述第一盲孔4的孔深与多孔纤维层1的厚度相同，所述第二盲孔5的孔深与致密板层3的厚度相同；相邻两个第一盲孔4的距离均相等，相邻两个第二盲孔5的距离均相等，最终得到低频吸声材料。
依据国家标准GB/T 18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》测得本实施例制备的低频吸声材料在频率为500Hz～1000Hz条件下的平均吸声系数为0.22，由此证明本实施例所制材料具有优良的低频吸声性能。
实施例2
结合图1和图2，本实施例低频吸声材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将粒度为20μm的铜粉加入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，得到浆料；所述浆料中铜粉的质量百分含量为10％，余量为聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为3％；
步骤二、将步骤一中所述浆料均匀涂覆于致密金属板表面，然后将涂覆有浆料的致密金属板置于干燥箱中干燥，在致密金属板表面得到粉末涂层；所述干燥的温度为120℃，所述干燥的时间为2h；所述粉末涂层的厚度为0.15mm；所述致密金属板的材质为铁铬铝合金；
步骤三、将材质为铁铬铝合金的金属纤维铺设于步骤二中表面涂覆有粉末涂层的致密金属板上，然后采用油压机进行压制，之后放入烧结炉中，在温度为1050℃的条件下烧结2h，得到金属纤维多孔复合材料；所述金属纤维多孔复合材料包括多孔纤维层1、致密板层3以及位于多孔纤维层1和致密板层3之间的粉末烧结层2；所述多孔纤维层1的孔隙率为65％；
步骤四、对步骤三中所述金属纤维多孔复合材料进行打孔，具体过程为：在多孔纤维层1上开设多个第一盲孔4，在致密板层3上开设多个第二盲孔5，所述第一盲孔4和所述第二盲孔5错位开设；所述多孔纤维层1和致密板层3的穿孔率均为10％；所述第一盲孔4的孔径为0.3mm，所述第二盲孔5的孔径为3.0mm；所述第一盲孔4的孔深与多孔纤维层1的厚度相同，所述第二盲孔5的孔深与致密板层3的厚度相同；相邻两个第一盲孔4的距离均相等，相邻两个第二盲孔5的距离均相等，最终得到低频吸声材料。
依据国家标准GB/T 18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》测得本实施例制备的低频吸声材料在频率为500Hz～1000Hz条件下的平均吸声系数为0.26，由此证明本实施例所制材料具有优良的低频吸声性能。
实施例3
结合图1和图2，本实施例低频吸声材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将粒度为45μm的铜粉加入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，得到浆料；所述浆料中铜粉的质量百分含量为12％，余量为聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为5％。
步骤二、将步骤一中所述浆料均匀涂覆于致密金属板表面，然后将涂覆有浆料的致密金属板置于干燥箱中干燥，在致密金属板表面得到粉末涂层；所述干燥的温度为120℃，所述干燥的时间为1.5h；所述粉末涂层的厚度为0.2mm；所述致密金属板的材质为铁铬铝合金；
步骤三、将材质为铁铬铝合金的金属纤维铺设于步骤二中表面涂覆有粉末涂层的致密金属板上，然后采用油压机进行压制，之后放入烧结炉中，在温度为1050℃的条件下烧结2h，得到金属纤维多孔复合材料；所述金属纤维多孔复合材料包括多孔纤维层1、致密板层3以及位于多孔纤维层1和致密板层3之间的粉末烧结层2；所述多孔纤维层1的孔隙率为80％；
步骤四、对步骤三中所述金属纤维多孔复合材料进行打孔，具体过程为：在多孔纤维层1上开设多个第一盲孔4，在致密板层3上开设多个第二盲孔5，所述第一盲孔4和所述第二盲孔5错位开设；所述多孔纤维层1和致密板层3的穿孔率均为12％；所述第一盲孔4的孔径为0.5mm，所述第二盲孔5的孔径为1.5mm；所述第一盲孔4的孔深与多孔纤维层1的厚度相同，所述第二盲孔5的孔深与致密板层3的厚度相同；相邻两个第一盲孔4的距离均相等，相邻两个第二盲孔5的距离均相等，得到低频吸声材料。
依据国家标准GB/T 18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》测得本实施例制备的低频吸声材料在频率为500Hz～1000Hz条件下的平均吸声系数为0.32，由此证明本实施例所制材料具有优良的低频吸声性能。
实施例4
结合图1和图2，本实施例低频吸声材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将粒度为25μm的铜粉加入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，得到浆料；所述浆料中铜粉的质量百分含量为12％，余量为聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为3％；
步骤二、将步骤一中所述浆料均匀涂覆于致密金属板表面，然后将涂覆有浆料的致密金属板置于干燥箱中干燥，在致密金属板表面得到粉末涂层；所述干燥的温度为100℃，所述干燥的时间为2h；所述粉末涂层的厚度为0.15mm；所述致密金属板的材质为不锈钢；
步骤三、将材质为不锈钢的金属纤维铺设于步骤二中表面涂覆有粉末涂层的致密金属板上，然后采用油压机进行压制，之后放入烧结炉中，在温度为1000℃的条件下烧结1.5h，得到金属纤维多孔复合材料；所述金属纤维多孔复合材料包括多孔纤维层1、致密板层3以及位于多孔纤维层1和致密板层3之间的粉末烧结层2；所述多孔纤维层1的孔隙率为80％；
步骤四、对步骤三中所述金属纤维多孔复合材料进行打孔，具体过程为：在多孔纤维层1上开设多个第一盲孔4，在致密板层3上开设多个第二盲孔5，所述第一盲孔4和所述第二盲孔5错位开设；所述多孔纤维层1和致密板层3的穿孔率均为15％；所述第一盲孔4的孔径为2.0mm，所述第二盲孔5的孔径为2.0mm；所述第一盲孔4的孔深与多孔纤维层1的厚度相同，所述第二盲孔5的孔深与致密板层3的厚度相同；相邻两个第一盲孔4的距离均相等，相邻两个第二盲孔5的距离均相等，得到低频吸声材料。
依据国家标准GB/T 18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》测得本实施例制备的低频吸声材料在频率为500Hz～1000Hz条件下的平均吸声系数为0.20，由此证明本实施例所制材料具有优良的低频吸声性能。
实施例5
结合图1和图2，本实施例低频吸声材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将粒度为10μm的铜粉加入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，得到浆料；所述浆料中铜粉的质量百分含量为12％，余量为聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为5％。
步骤二、将步骤一中所述浆料均匀涂覆于致密金属板表面，然后将涂覆有浆料的致密金属板置于干燥箱中干燥，在致密金属板表面得到粉末涂层；所述干燥的温度为110℃，所述干燥的时间为2h；所述粉末涂层的厚度为0.15mm；所述致密金属板的材质为不锈钢；
步骤三、将金属纤维铺设于步骤二中表面涂覆有粉末涂层的致密金属板上，然后采用油压机进行压制，之后放入烧结炉中，在温度为1000℃的条件下烧结0.5h，得到金属纤维多孔复合材料；所述金属纤维多孔复合材料包括多孔纤维层1、致密板层3以及位于多孔纤维层1和致密板层3之间的粉末烧结层2；所述多孔纤维层1的孔隙率为75％；所述金属纤维的材质与致密金属板的材质相同；
步骤四、对步骤三中所述金属纤维多孔复合材料进行打孔，具体过程为：在多孔纤维层1上开设多个第一盲孔4，在致密板层3上开设多个第二盲孔5，所述第一盲孔4和所述第二盲孔5错位开设；所述多孔纤维层1和致密板层3的穿孔率均为1％；所述第一盲孔4的孔径为0.6mm，所述第二盲孔5的孔径为1.5mm；所述第一盲孔4的孔深与多孔纤维层1的厚度相同，所述第二盲孔5的孔深与致密板层3的厚度相同；相邻两个第一盲孔4的距离均相等，相邻两个第二盲孔5的距离均相等，得到低频吸声材料。
依据国家标准GB/T 18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》测得本实施例制备的低频吸声材料在频率为500Hz～1000Hz条件下的平均吸声系数为0.35，由此证明本实施例所制材料具有优良的低频吸声性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将铜粉加入到聚乙烯醇水溶液中混合均匀，得到浆料；所述浆料中铜粉的质量百分含量为8％～12％，余量为聚乙烯醇水溶液；
步骤二、将步骤一中所述浆料均匀涂覆于致密金属板表面，然后将涂覆有浆料的致密金属板置于干燥箱中干燥，在致密金属板表面得到粉末涂层；所述致密金属板的材质为不锈钢或铁铬铝合金；
步骤三、将金属纤维铺设于步骤二中表面涂覆有粉末涂层的致密金属板上，采用油压机进行压制后放入烧结炉中，在温度为950℃～1050℃的条件下烧结0.5h～2h，得到金属纤维多孔复合材料；所述金属纤维多孔复合材料包括多孔纤维层(1)、致密板层(3)以及位于多孔纤维层(1)和致密板层(3)之间的粉末烧结层(2)；所述金属纤维的材质与致密金属板的材质相同；
步骤四、对步骤三中所述金属纤维多孔复合材料进行打孔，得到低频吸声材料，该材料在频率为500Hz～1000Hz的条件下具有吸声性能；所述打孔的具体过程为：在多孔纤维层(1)上开设多个第一盲孔(4)，在致密板层(3)上开设多个第二盲孔(5)，所述第一盲孔(4)和所述第二盲孔(5)为错位开设；所述多孔纤维层(1)和致密板层(3)的穿孔率均为1％～15％。
2.根据权利要求1所述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为2％～5％。
3.根据权利要求1所述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铜粉的粒度为10μm～45μm。
4.根据权利要求1所述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述干燥的温度为100℃～120℃，所述干燥的时间为1h～2h。
5.根据权利要求1所述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述粉末涂层的厚度为0.1mm～0.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述多孔纤维层(1)的孔隙率为65％～80％。
7.根据权利要求1所述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第一盲孔(4)的孔径为0.15mm～2.0mm，所述第二盲孔(5)的孔径为1.5mm～3.0mm。
8.根据权利要求1所述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第一盲孔(4)的孔深与多孔纤维层(1)的厚度相同，所述第二盲孔(5)的孔深与致密板层(3)的厚度相同。
9.根据权利要求1所述的一种低频吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤四中相邻两个第一盲孔(4)之间的距离均相等，相邻两个第二盲孔(5)之间的距离均相等。
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Progress of Application Researches of Porous Fiber Metals;zhengping xi，等;《Materials》;20110419;第4卷(第4期);第816-824 *
不锈钢纤维复合材料吸声性能研究;敖庆波等;《材料导报》;20140625;第28卷(第6期);第67页 *

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