CN1883114A - 复合材料振动器 - Google Patents
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Abstract
提供一种结构相对简单的复合材料振动器，该振动器可被支撑，几乎不会对振动部件的振动特性产生影响，并且容易减小尺寸。复合材料振动器包含：振动部件，由具有第一声阻抗Z1的材料构成，可用作振动源；反射层，由包含至少一种可受热固化的可固化树脂、固化剂、有机硅化合物的树脂组合物的固化产物构成，所述固化产物具有低于第一声阻抗Z1的第二声阻抗Z2，反射层与振动部件相连；固定部件，由具有高于第二声阻抗Z2的第三声阻抗Z3的物质构成，与反射层表面相连，该表面与连接振动部件的表面相背；其中，从振动部件传播到反射层的振动在反射层与固定部件间的界面上被反射。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料振动器，该振动器中组合了多个不同声阻抗材料组成的部分，例如，涉及其中具有低声速以及低阻尼的反射层与振动元件如压电元件相连的复合材料振动器。
背景技术
通过将壳基板层叠在压电振动元件上下制成的元件一直被广泛用作构成压电共振器的压电共振部件。在这种壳体内，必须在层叠物内形成不影响压电元件的压电振动部分的振动的间隔。为此目的，一直采用下面的方法。一种方法中，在要层叠的壳基板表面即靠近压电元件的表面形成凹进，以形成空穴。另一种方法中，将壳基板层叠在压电元件上，以形成空穴，在除空穴之外的区域形成施涂了粘合剂的区域。
如上所述，已知的层叠压电共振部件中，必须形成不干扰压电振动部分的空穴。因此，很难减小部件尺寸和成本。
另一方面，公开了一种不包含空穴的层叠构造的大体积声波滤波器(参见专利文献1)。如图3所示，在大体积声波过波器211中，在基板212上层叠了许多薄膜，形成压电滤波器。
即，这种层叠结构中有压电层213，电极214和215分别层叠在压电层213的上表面和下表面，形成压电共振器。
在该压电共振器的下表面上有声反射镜219。该声反射镜219具有层叠结构，该结构包含上层216、中间层217和下层218，可通过层叠硅、多晶硅等组成的薄膜来形成。在压电共振器的上表面层叠了另一个具有类似层叠结构的声反射镜220。在该声反射镜220上有起保护膜作用的钝化膜221。
在声反射镜219中，中间层217的阻抗大于上层216和下层218的阻抗。类似地，声反射镜220中，中间层的阻抗大于上层和下层的阻抗。
在大体积声波滤波器211中，通过将声反射镜220和219分别叠加在压电共振部分的上面和下面，从压电共振器传播的振动被反射到压电共振器侧面。因此，压电共振器可以用基板212机械固定，不会影响压电共振器部分的共振特性。
另一方面，专利文献2揭示一种复合材料振动器，其中的固定部件与用作振动部件的压电元件相连，该部件具有多个反射层，各层的声阻抗小于在反射层之间的压电元件的阻抗。这种振动器中，反射层的声阻抗Z2小于压电元件的声阻抗Z1，并小于固定部件的声阻抗Z3。从压电元件传播到反射层的振动在各反射层与相应固定部件间的界面上被反射。因此，椐认为压电元件可以得到支撑，不需要大的振动阻尼区。根据此专利文献，反射层由(例如)环氧树脂组成。
专利文献1：日本未审查专利申请公报10-270979
专利文献2：日本未审查专利申请公报2002-164764
发明内容
在图3所示的大体积声波滤波器211中，形成声反射镜219和220，使从压电共振器侧面传播的振动被反射。但是，声反射镜219和220各包括上层、下层和在上下层之间的中间层，而中间层的阻抗大于上层并大于下层。因此，必须层叠很多种材料来形成声反射镜219和220。虽然形成空穴可以省略，但在大体积声波滤波器211中必须层叠很多种材料层。因此，很难减小尺寸，特别是声波滤波器的厚度。制造过程也较复杂。
此外，在大体积声波滤波器211中，压电共振器的侧向振动被传播，但是在该压电共振器的侧向部分交替传播的振动被衰减。因此，由于压电共振器的侧向部分被固定，这种固定结构降低了该压电共振器的共振特性。
专利文献2所述的复合材料振动器中，如上所述，固定部件与压电元件相连，压电元件之间有声阻抗Z2相对较低的反射层。因此，一直认为该压电元件可以被固定部件支撑，不会影响压电元件的特性。
但是，当用环氧树脂形成反射层时，压电元件不必机械支撑，不能抑制压电元件的电特性的下降。换句话说，即使固定部件与其间有反射层的压电元件相连时，也很难获得满意的电特性。
本发明的一个目的是解决本领域上述问题并提供一种结构相对简单的复合材料振动器，该振动器可以得到支撑，几乎不会影响振动部件的振动特性，其尺寸容易减小，并具有优良的电特性。
为达到上述目的，本发明的复合材料振动器包括由具有第一声阻抗Z1的材料组成的振动部件，该部件用作振动源；由树脂组合物的固化产物组成的反射层，所述树脂组合物包含至少一种可受热固化的树脂、固化剂和有机硅化合物，所述固化产物具有小于第一声阻抗Z1的第二声阻抗Z2，该反射层与振动部件相连；固定部件由大于第二声阻抗Z2的第三声阻抗Z3的物质组成，该部件与反射层表面相连，该表面与连接到振动部件的表面相背，其中，从振动部件传播到反射层的振动在反射层和固定部件间的界面上被反射。
根据本发明复合材料振动器的一个具体方面，可固化树脂是环氧树脂。
根据本发明复合材料振动器的另一个具体方面，树脂组合物中有机硅化合物的含量为6-60重量％。
根据本发明复合材料振动器的又一个具体方面，有机硅化合物是涂覆有聚有机倍半硅氧烷固化产物的硅橡胶粉末。
本发明的复合材料振动器中，在5MHz下，反射层中的声速优选等于或小于2600m/s，其阻尼系数小于或等于3.5dB/mm。
本发明制造复合材料振动器的方法中，获得上面本发明复合材料振动器的方法包括以下步骤：制备振动部件和固定部件；制备含至少一种可受热固化的树脂、固化剂和有机硅化合物的未固化的树脂组合物；用未固化的树脂组合物将振动部件与固定部件层叠；使该未固化的树脂组合物固化，形成与振动部件和固定部件相连的反射层。
根据本发明制造复合材料振动器方法的另一个具体方面，该制造方法包括以下步骤：制备振动部件和固定部件；制备含至少一种热固性树脂、固化剂和有机硅化合物的树脂片；在振动部件和固定部件之间放置树脂片；使该树脂片固化，形成与振动部件和固定部件相连的反射层。
在本发明的制造方法中，树脂组合物的固化优选通过加热进行。
根据本发明的复合材料振动器，反射层可通过只固化树脂来形成，不必层叠多个材料层。结果，该制造过程简化。由于反射层使用的树脂也具有粘合性，可以减小厚度，减小尺寸，降低复合材料的成本。此外，由于本发明的复合材料振动器的反射层具有低声速和低阻尼，可以提高该复合材料振动器的电特性。
附图简要说明
图1是本发明复合材料振动器的分解透视图。
图2是本发明的复合材料振动器外观的透视图。
图3所示是大体积声波滤波器的纵向截面图，该滤波器是一种已知的复合材料振动器。
标号
1 复合材料振动器
2 压电共振器
3，4 反射层
5，6 固定部件
11 激发电极
12，13 电容电极
14，15 外电极
具体实施方式
下面说明本发明的复合材料振动器。
图1是本发明第一实施方式的复合材料振动器的分解透视图，图2是其外观的透视图。
这一实施方式的复合材料振动器中，使用压电共振器2作为振动部件。该压电共振器2由矩形锆酸钛酸铅压电陶瓷片构成。该陶瓷片在厚度方向进行极化处理。在该陶瓷片的上表面的中央有一激发电极11。虽然在图1中未示出，在该陶瓷片的下表面的中央有另一个激发电极。激发电极11和在下表面的另一个激发电极延伸到陶瓷片的端面，并分别与外电极14和15电连接。
通过在激发电极11和下表面的另一个激发电极之间施加交流电压，压电共振器2以厚度-剪切振动模式被激发。陶瓷片的声阻抗Z1为18.8×106N·s·m-3。
第一反射层3和第二反射层4分别叠加在压电共振器2的上表面和下表面。第一固定部件5和第二固定部件6分别叠加在反射层3和4的外表面，即与连接压电共振器2的表面相背的表面上。反射层3和4由一种能通过干燥、加热、化学反应等粘着的物质组成。
更具体地，在此实施方式的一个例子中，反射层3和4由通过固化一种树脂组合物制备的材料构成，该组合物包含至少一种热固化树脂、固化剂和有机硅化合物，反射层3和4的声阻抗Z2小于或等于3.1×106N·s·m-3。此外，在5MHz下，反射层3和4中的声速小于或等于2600m/s，阻尼系数小于或等于3.5dB/mm。因而获得具有优良电特性的复合材料振动器。
在此实施方式中，固定部件5和6各自由一矩形陶瓷片构成，其声阻抗Z3为18.8×106N·s·m-3。在下面的固定部件6的上表面上形成一对电容电极12和13。在固定部件6的下表面中央形成另一对电容电极(图中未示出)，使电容电极12和13面对在它们之间的固定部件6。在下表面提供的电容电极12和13以及另一对电容电极在固定部件6上形成电容。
图2所示的外电极形成在该层叠物的端面上，该层叠物通过将图1所示的部件叠加制成。此外，在该层叠物的另一端面上形成外电极15。外电极14和15分别与下表面上设置的压电共振器2的激发电极11和另一个激发电极相连。
外电极14和15还分别与电容电极13和12电连接。因此，通过电连接外电极14和15与固定部件6下表面和外面上形成的电容电极，该复合材料振动器1以有内置电容的三端压电振荡器运作。
此实施方式的复合材料振动器1中，第一反射层3和第二反射层4分别与用作振动部件的压电共振器2的上表面和下表面相连。此外，固定部件5和6分别与反射层3和4的表面相连，这些表面与连接压电共振器的表面相背。因此，没有形成不干涉压电共振器2的振动的空穴。由于不必形成这种空穴，因此能减小尺寸，并降低成本。
对本发明反射层中使用的可固化树脂没有特别的限制，只要树脂能通过加热固化。对可固化树脂室温时的形态也没有特别的限制，可固化树脂室温下可以是液体或固体。热固性树脂的例子包括环氧树脂、聚氨酯树脂、乙烯基酯树脂、酚树脂、脲树脂、密胺树脂、不饱和聚酯树脂、对苯二甲酸二烯丙酯树脂和聚酰亚胺树脂。
优选使用环氧树脂作为热固性树脂。因此，能达到优良的粘合力和可靠性。环氧树脂的例子包括双酚环氧树脂、可溶可熔酚醛环氧树脂、甲酚-可溶可熔酚醛环氧树脂、邻甲酚-可溶可熔酚醛环氧树脂、脂环族环氧树脂、联苯环氧树脂、芳烷基环氧树脂、卤化的环氧树脂、三苯酚甲烷环氧树脂、萘酚醛环氧树脂、芳胺环氧树脂、苯酚基多官能环氧树脂和二环戊二烯苯酚环氧树脂。
这些环氧树脂可以单独使用，也可两种或多种组合使用。
本发明反射层中使用的固化剂是一种能使可固化树脂固化的水性化合物。用于热固性树脂的固化剂例子包括：胺类，脂族多胺，改性脂族多胺，酸酐，苯酚，咪唑，环氧-咪唑加成物，胺加成物和二氨基二苯砜。这些固化剂可以单独使用，也可两种或多种组合使用。
本发明中，用于反射层的有机硅化合物的例子包括：聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚二苯硅氧烷和聚甲基倍半硅氧烷。也可以使用热固性树脂即有机硅树脂作为有机硅化合物。有机硅化合物可以是液体或粉末形式。优选粉末化合物，因为粉末化合物具有高耐热性。这些有机硅化合物可以单独使用或两种或多种组合使用。
本发明反射层中使用的有机硅化合物的含量宜为构成反射层的树脂组合物重量的6-60重量％。该含量小于6重量％时，复合材料振动器的电特性会下降，因为树脂组合物中的声速没有降低。另一方面，当该含量超过60重量％时，树脂组合物的粘度提高。结果，树脂组合物在形成复合材料振动器的反射层时的流动性下降。因而需要较长时间来形成所需的形状。
本发明中，优选使用涂覆了聚有机倍半硅氧烷固化产物的有机硅橡胶粉末作为反射层中的有机硅化合物。聚有机倍半硅氧烷的固化产物是通过聚合反应来固化聚有机倍半硅氧烷获得的物质。该聚有机倍半硅氧烷的固化产物可由通式RSiO3/2表示。该式中，R表示至少一个有1-20个碳原子的单价烃基，该烃基选自：烷基如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基和二十烷基；芳基如苯基和甲苯基；烯基如乙烯基和烯丙基；芳烷基如β-苯基乙基和β-苯基丙基；单价卤化烃基如氯甲基和3，3，3-三氟丙基；有反应活性的烃基如环氧化物、氨基、巯基、丙烯酰氧基和甲基丙烯酰氧基。对涂覆聚有机倍半硅氧烷的固化产物的有机硅橡胶粉末的粒径没有特别的限制，例如，可以使用平均粒径约为0.1-100微米的粉末。
在用于反射层的树脂组合物中加入涂敷了聚有机倍半硅氧烷的固化产物的有机硅橡胶粉末时，其加入量优选为树脂组合物总重量的6-60重量％。当该量小于6重量％时，很难达到加入有机硅橡胶粉末的作用，即充分降低声速的作用。另一方面，当该量超过60重量％时，树脂组合物的粘度升高。结果，树脂组合物在形成复合材料振动器的反射层时的流动性下降。因而需要较长时间来形成所需的形状。
除了上述构成本发明反射层的材料外，为了提供可固化性、粘合性、触变性或根据预定用途的性能，可以加入无机填料如熔融硅石、粉碎二氧化硅、二氧化硅细粒、滑石和玻璃；上述无机填料经过表面处理如亲水性处理或疏水性处理制备的无机填料；储存稳定剂；偶联剂如烷氧基硅烷；流平剂；稀释剂；阻燃剂；润滑剂；流变控制剂；抗沉降剂；赋粘剂；颜料、分散剂、消泡剂等。
制造本发明复合材料振动器的过程中，当上述振动部件和固定部件与反射层相连时，可以采用以下方法：将用来形成反射层的树脂组合物施涂在振动部件和固定部件的至少一个上，将树脂组合物施加在振动部件和固定部件之间以使它们结合，固化该树脂组合物。构成反射层的树脂组合物可以半固化的粘合剂片形式供给。这种情况下，除了可固化树脂、固化剂和有机硅化合物外，含有合适的成片材料的树脂组合物也适用。当使用以半固化粘合剂片形式制备的树脂组合物时，将该半固化的粘合剂片置于振动部件和固定部件之间，使以粘合剂片形式提供的树脂组合物固化，同时这些部件相互密切接触。
对固化树脂组合物的方法没有特别限制。当树脂组合物含有通过加热活化的固化剂时，树脂组合物可通过加热固化。因此，可固化树脂如环氧树脂可被固化。
下面说明本发明的试验例。
(1)试验例1
(a)制备树脂固化产物
首先，制备热固性树脂1和2，固化剂1和有机硅化合物，作为用于反射层的树脂组合物的原料。本试验例中，热固性树脂1是对氨基苯酚环氧树脂(环氧当量＝97g/eq)，热固性树脂2是四缩水甘油基氨基二苯基甲烷环氧树脂(环氧当量＝120g/eq)，固化剂1是2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑，所用有机硅化合物是平均粒径为2微米的有机硅树脂球形粉末。
接下来，称重这些原料，制备具有表1所示组成的树脂组合物。用行星式混合机进行混合和真空混合，制备表1所列的样品1-5的树脂组合物。随后，将各树脂组合物加入氟化乙烯树脂模并进行真空脱气。树脂组合物在150℃的烘箱内静置1小时，制备目标树脂固化产物。
表1
| * | |||||
| 样品 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 热固性树脂1(g) | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 |
| 热固性树脂2(g) | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 |
| 固化剂1(g) | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 有机硅化合物(g)<树脂组合物中含量(重量％)> | 20<16> | 45<30> | 60<37> | 75<42> | 0<0> |
| 声速(m/s) | 2502 | 2343 | 2296 | 2221 | 2681 |
| 密度(103·kg/m3) | 1.25 | 1.26 | 1.26 | 1.27 | 1.25 |
| 阻尼系数(dB/mm) | 2.68 | 2.09 | 2.17 | 1.98 | 3.60 |
| 声阻抗(106N·s·m-3) | 3.1 | 3.0 | 2.9 | 2.8 | 3.4 |
| 电特性 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 不好 |
(b)制备复合材料振动器
如图1和2所示，将样品1-5的各未固化的树脂组合物施涂在由声阻抗为18.8×106N·s·m-3的陶瓷构成的压电共振器上。将制得的压电共振器2与固定部件5和6叠加，固定部件5和6各自由声阻抗为18.8×106N·s·m-3的陶瓷构成，该层叠物在150℃的烘箱内静置1小时，固化该树脂组合物。施涂该树脂组合物时，调节施涂的厚度，使固化后的树脂固化产物的厚度(反射层)相应于压电共振器的振荡波长(λ)的1/4(λ/4)。随后，形成如图1和2所示的外电极14和15，制造目标复合材料振动器。
(c)树脂固化产物的特性评价
评价在(a)部分制备的树脂固化产物的声速、阻尼系数、密度和声阻抗。
关于声速(m/s)，用超声波粘弹性测定仪(RAM-10000，RITEC制造)进行测定，并由公式1计算在5MHz的值(纵波)。
公式1：声速＝L/t
公式1中，L表示树脂固化产物的厚度(m)，t表示超声波传播所需的时间(s)。
对于阻尼系数(dB/mm)，用超声波粘弹性测定仪进行测定，并由公式2计算在5MHz的值(纵波)。
公式2：阻尼系数＝{ln[(A0 2-A2)/A0B]}/(17.372×L×103)
公式2中，A0表示在该测定仪的衬垫材料底表面被反射的波的振幅(m)，A表示在衬垫材料和树脂固化产物间的界面上被反射的波的振幅(m)，B表示在树脂固化产物的底表面被反射的波的振幅(m)，L表示树脂固化产物的厚度(m)。
由树脂固化产物的重量(kg)和体积(m3)计算其密度(103·kg/m3)，由测定的密度和声速值，由公式3计算5MHz的值(纵波)。
公式3：声阻抗＝密度×声速
(d)评价复合材料振动器的电特性
测定在(b)部分制造的复合材料振动器的电特性。测定相的最大值作为电特性。当该相最大值较大时，电特性优良。当该相最大值等于或大于78°时，评价该样品为表1中的“良好”。当该相最大值小于78°时，评价样品为表1中“不好”。
表1列出了在(c)和(d)部分的评价结果。表1中，标有符号*的样品不在本发明范围之内，其它样品在本发明范围之内。
由表1可清楚了解，样品1-4含有有机硅化合物，显示低声速、低阻尼系数和优良的电特性。相反，样品5不含有机硅化合物，与样品1-4的性能相比，其声速和阻尼系数都增加，且电特性还下降。
(2)试验例2
(e)制备树脂固化产物及复合材料振动器。
首先，制备和试验例1中所用相同的热固性树脂1和2以及有机硅化合物，作为反射层的树脂组合物的原料。制备用作固化剂2的环氧-咪唑加合物，羧基封端的丙烯腈-丁二烯共聚物。
接下来，称重这些原料，制备具有表2所示组成的树脂组合物。用行星式混合机进行混合和真空混合，制备表2所列的样品6-11的树脂组合物。随后，按照(a)部分制备目标树脂固化产物。
表2
| * | ||||||
| 样品 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 热固性树脂1(g) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 热固性树脂2(g) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 固化剂2(g) | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 有机硅化合物(g)<树脂组合物中含量(重量％)> | 7<6> | 14<10> | 50<29> | 70<37> | 87<42> | 0<0> |
| 羧基封端的丙烯腈-丁二烯共聚物(g)<树脂组合物中含量(重量％)> | 0<0> | 0<0> | 0<0> | 0<0> | 0<0> | 7<6> |
| 声速(m/s) | 2569 | 2497 | 2202 | 2164 | 2011 | 2638 |
| 密度(103·kg/m3) | 1.21 | 1.21 | 1.22 | 1.22 | 1.22 | 1.22 |
| 阻尼系数(dB/mm) | 3.10 | 2.86 | 2.41 | 2.32 | 2.10 | 3.63 |
| 声阻抗(106N·s·m-3) | 3.1 | 3.0 | 2.7 | 2.6 | 2.5 | 3.2 |
| 电特性 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 不好 |
按照(b)部分，还使用表2列出的样品6-11的未固化树脂组合物制备了目标复合材料振动器。
(f)评价树脂固化产物的特性以及复合材料振动器的电特性
按照(c)部分评价在(e)部分制备的树脂固化产物的声速、阻尼系数、密度和声阻抗。
还按照(d)部分评价在(e)部分制备的复合材料振动器的电特性。
表2列出对树脂固化产物和复合材料振动器的测定结果。表2中，标有符号*的样品不在本发明范围之内，其它样品在本发明范围之内。
由表2可清楚了解，样品6-10含有有机硅化合物，显示低声速、低阻尼系数和优良的电特性。相反，样品11不含有机硅化合物，但含有羧基封端的丙烯腈-丁二烯共聚物，与样品6-10的性能相比，其声速和阻尼系数都增加，且电特性下降。
(3)试验例3
(g)制备树脂固化产物及复合材料振动器。
首先，制备和试验例2中所用相同的热固性树脂1和2以及有机硅化合物，以及聚甲基丙烯酸甲酯，作为用于反射层的树脂组合物的原料。制备聚氧化丙邻二胺(平均分子量：230，活性氢当量＝60g/eq)用作固化剂3。
接下来，称重这些原料，制备具有表3所示组成的树脂组合物。用行星式混合机进行混合和真空混合，制备表3所列的样品12-14的树脂组合物。随后，按照(a)部分制备目标树脂固化产物。
表3
| * | |||
| 样品 | 12 | 13 | 14 |
| 热固性树脂1(g) | 100 | 100 | 100 |
| 热固性树脂2(g) | 0 | 0 | 0 |
| 固化剂3(g) | 58 | 20 | 20 |
| 有机硅化合物(g)<树脂组合物中含量(重量％)> | 237<60> | 164<51> | 0<0> |
| 聚甲基丙烯酸甲酯(g)<树脂组合物中含量(重量％)> | 0<0> | 0<0> | 164<51> |
| 声速(m/s) | 2075 | 2264 | 2000 |
| 密度(103·kg/m3) | 1.22 | 1.21 | 1.18 |
| 阻尼系数(dB/mm) | 3.30 | 3.50 | 4.50 |
| 声阻抗(106N·s·m-3) | 2.5 | 2.7 | 2.4 |
| 电特性 | 良好 | 良好 | 不好 |
按照(b)部分，还使用表3列出的样品12-14的未固化树脂组合物制备了目标复合材料振动器。
(h)评价树脂固化产物的特性以及复合材料振动器的电特性
按照(c)部分评价在(g)部分制备的树脂固化产物的声速、阻尼系数、密度和声阻抗。
还按照(d)部分评价在(g)部分制备的复合材料振动器的电特性。
表3列出对树脂固化产物和复合材料振动器的测定结果。表3中，标有符号*的样品不在本发明范围之内，其它样品在本发明范围之内。
由表3可清楚了解，样品12和13含有有机硅化合物，它们显示低声速、低阻尼系数和优良的电特性。相反，样品14不含有机硅化合物，但含有聚甲基丙烯酸甲酯，与样品12和13的性能相比，其声速和阻尼系数都增加，且电特性下降。
(4)试验例4
(k)制备树脂固化产物及复合材料振动器。
首先，制备和试验例1中所用相同的热固性树脂1和固化剂1，作为用于反射层的树脂组合物的原料。制备涂覆聚甲基倍半硅氧烷的固化产物的有机硅橡胶粉末，用作有机硅化合物。根据日本工业标准(JIS)-A，该粉末的硬度为75(JIS-K-6301)。
随后，称重这些原料，制备具有表5所示组成的树脂组合物样品17-20。用行星式混合机进行混合和真空混合，制备表4所列的样品17-20的树脂组合物。随后，按照(a)部分制备目标树脂固化产物。
按照(b)部分，还使用表4列出的样品15-18的未固化树脂组合物样品制备了目标复合材料振动器。
(l)评价树脂固化产物的特性以及复合材料振动器的电特性
按照(c)部分评价在(k)部分制备的树脂固化产物的声速、阻尼系数、密度和声阻抗。
还按照(d)部分评价在(k)部分制备的复合材料振动器的电特性。
表4列出对树脂固化产物和复合材料振动器的测定结果。表4中，标有符号*的样品不在本发明范围之内，其它样品在本发明范围之内。
表4
| * | ||||
| 样品 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| 热固性树脂1(g) | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 固化剂1(g) | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 涂覆聚有机倍半硅氧烷固化产物的有机硅橡胶粉末(g)<树脂组合物中含量(重量％)> | 47<31> | 58<36> | 72<41> | 0<0> |
| 声速(m/s) | 1900 | 1800 | 1750 | 2650 |
| 密度(103·kg/m3) | 1.18 | 1.15 | 1.13 | 1.28 |
| 阻尼系数(dB/mm) | 3.00 | 3.10 | 3.15 | 2.35 |
| 声阻抗(106N·s·m-3) | 2.2 | 2.1 | 2.0 | 3.4 |
| 电特性 | 良好 | 良好 | 良好 | 不好 |
由表4可清楚了解，样品15-17含有有机硅化合物，它们显示低声速、低阻尼系数和优良的电特性。相反，样品18不含有机硅化合物，与样品15-17的性能相比，其声速增加，且电特性下降。
(5)试验例5
(m)制备声反射树脂片
制备双酚A环氧树脂(环氧当量＝190g/eq)和邻甲酚-可溶可熔酚醛环氧树脂(环氧当量＝215g/eq)用作热固性树脂，可溶可熔酚醛树脂(OH当量＝105g/eq)用作固化剂，聚乙烯缩丁醛树脂(重均分子量：50000)用作热塑性树脂，有机硅树脂粉末(聚甲基倍半硅氧烷，平均粒径：2微米)用作有机硅化合物，以及甲基乙基酮作为溶剂。这些化合物按照表5所示称出适当的量，然后用行星式混合机混合1小时，以制备浆料。事先将邻甲酚-可溶可熔酚醛环氧树脂和聚乙烯缩丁醛树脂溶解在作为溶剂的甲基乙基酮中。使浆料真空脱气。随后，在50℃下将该浆料施涂在一载膜(聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，厚度：50微米)上形成一片材，使涂覆有机硅的表面在上侧。因此，制得声波反射树脂片。用有200微米间隙的刮刀以15cm/min的卷绕速度形成片材。
(n)制备复合材料振动器并评价其电特性
如图1和2所示，将压电共振器2和反射层3和4与固定部件5和6叠加在一起，所述反射层各自由从载膜上取下的声波反射树脂片构成，制成的层叠体在150℃固化1小时，固化同时进行压制。随后，形成外电极14和15，制得复合材料振动器。调节各声波反射树脂片，使其固化后的厚度约为λ/4，其中，λ表示压电共振器的振荡波长。测定制得的复合材料振动器的电特性即相最大值。当该相最大值较大时，电特性优良。当该相最大值等于或大于78°时，评价该样品为“良好”。当该相最大值等于或小于78°时，评价样品为“差”。
(o)渗料
将(m)部分制备的声波反射树脂片在玻璃基片间对齐并层叠。该层叠体用特定夹具在150℃压力下固化1小时。随后，用一个长度测量装置来测定从玻璃基片渗料的宽度，以此评价渗料。当渗料宽度小于或等于3mm时，评价样品为“良好”。当该宽度等于或大于3mm时，评价样品为“不好”。
(p)粘合性
通过模头剪切试验来评价制造的复合材料振动器的粘合性。对于粘合性，当粘合强度为5N时，评价样品为“良好”。当粘合强度小于或等于5N时，评价样品为“差”。
(q)制备树脂片
比较例1中，用行星混合机，将作为热固性树脂的双酚A环氧树脂(环氧当量＝190g/eq)和邻甲酚-可溶可熔酚醛环氧树脂(环氧当量＝215g/eq)、用作固化剂的可溶可熔酚醛树脂(OH当量＝105g/eq)、用作热塑性树脂的聚乙烯缩丁醛树脂(重均分子量：50000)和作为溶剂的甲基乙基酮混合1小时，制成浆料。事先将邻甲酚-可溶可熔酚醛环氧树脂和聚乙烯缩丁醛树脂溶解在作为溶剂的甲基乙基酮中。使制成的浆料真空脱气。随后，在50℃下将该浆料施涂在一载膜(PET，厚度：50微米)上形成一片材，使涂覆有机硅的表面在上侧。因此，制得声波反射树脂片。用有200微米间隙的刮刀，以15cm/min卷绕速度形成片材。
(r)制造复合材料振动器并评价其电特性
如图1和2所示，将压电共振器2和反射层3和4与固定部件5和6叠加在一起，所述反射层各自由从载膜上取下的声波反射树脂片构成，制成的层叠体在150℃固化1小时，固化的同时加压。随后，形成外电极14和15，制得复合材料振动器。调节各声波反射树脂片，使其固化后的厚度约为λ/4，其中，λ表示压电共振器的振荡波长。测定制得的复合材料振动器的电特性即相最大值。当该相最大值较大时，电特性优良。当该相最大值等于或大于78°时，评价该样品为“良好”。当该相最大值等于或小于78°时，评价样品为“不好”。
(s)制备液态环氧树脂组合物
比较例2中，用行星混合机，将对氨基苯酚环氧树脂(环氧当量＝97g/eq)、用作固化剂的环氧-咪唑加合物、二氧化硅细粒(疏水性处理的二氧化硅，初始粒径：16nm)和用作有机硅化合物的有机硅树脂粉末(聚甲基倍半硅氧烷，平均粒径：2微米)混合1小时，形成液态环氧树脂组合物。
(t)制造复合材料振动器并评价其电特性
如图1和2所示，用分散器将(1)部分制得的液态环氧树脂组合物施涂在压电共振器2上，然后在其上叠加固定部件。此外，用分散器将(1)部分制得的液态环氧树脂组合物施涂在固定部件6上，然后将该固定部件6叠加在压电共振器2上。因此，液态环氧树脂组合物被施涂在压电共振器2和固定部件5之间以及压电共振器2与固定部件6之间。制成的层叠体在150℃固化1小时，固化的同时加压。随后，像在树脂的情况中那样制造复合材料振动器并进行评价。
表5列出了测定结果。表5中，标有符号*的样品不在本发明范围之内，其它样品在本发明范围之内。
表5
| * | * | |||
| 样品 | 19 | 20 | 21 | |
| 热固性树脂 | 双酚A环氧树脂 | 9.0 | 9.0 | - |
| 邻甲酚-可溶可熔酚醛环氧树脂 | 1.5 | 1.5 | - | |
| 对氨基苯酚环氧树脂 | - | - | 100 | |
| 固化剂 | 酚醛树脂 | 5.2 | 5.2 | - |
| 环氧-咪唑加成物 | - | - | 20 | |
| 热塑性树脂 | 聚乙烯缩丁醛树脂 | 6.0 | 6.0 | - |
| 添加剂 | 有机硅化合物 | 23.5 | - | 60 |
| 二氧化硅细粒 | - | - | 2 | |
| 溶剂 | 甲基乙基酮 | 100 | 100 | - |
| 电特性 | 良好 | 不好 | 良好 | |
| 渗料 | 良好 | 良好 | 不好 | |
| 粘合性 | 良好 | 良好 | 良好 | |
参见表5，样品19包含声波反射树脂片，由于存在有机硅化合物，与不含有机硅化合物的样品20相比，该样品的电特性优良。此外，从渗料角度看，样品19优于包含液态环氧树脂组合物的样品21。对此可能的原因如下。由于液态环氧树脂组合物的可流动性高，发生渗料的可能性大。相反，由于声波反射树脂片的流动性低，能抑制渗料。
Claims (10)
1.一种复合材料振动器，它包含：
振动部件，由具有第一声阻抗Z1的材料构成，可用作振动源；
反射层，由包含至少一种可受热固化的可固化树脂、固化剂、有机硅化合物的树脂组合物的固化产物构成，所述固化产物具有低于第一声阻抗Z1的第二声阻抗Z2，反射层与振动部件相连；
固定部件，由具有高于第二声阻抗Z2的第三声阻抗Z3的物质构成，与反射层表面相连，该表面与连接振动部件的表面相背；
其中，从振动部件传播到反射层的振动在反射层与固定部件间的界面上被反射。
2.如权利要求1所述的复合材料振动器，其特征在于，可固化树脂是环氧树脂。
3.如权利要求1或2所述的复合材料振动器，其特征在于，树脂组合物中有机硅化合物的含量为6-60重量％。
4.如权利要求1-3中任一项所述的复合材料振动器，其特征在于，有机硅化合物是有机硅树脂粉末。
5.如权利要求1-3中任一项所述的复合材料振动器，其特征在于，有机硅化合物是涂覆聚有机倍半硅氧烷固化产物的有机硅橡胶粉末。
6.如权利要求1-3中任一项所述的复合材料振动器，其特征在于，在5MHz下，反射层中的声速为小于或等于2600m/s，阻尼系数为3.5dB/mm。
7.如权利要求1-6中任一项所述的复合材料振动器，其特征在于，振动部件是压电振动部件。
8.一种制造如权利要求1所述的复合材料振动器的方法，该方法包括以下步骤：
制备振动部件和固定部件；
制备含至少一种受热或光照后可固化的树脂、固化剂和有机硅化合物的未固化的树脂组合物；
用未固化的树脂组合物将振动部件与固定部件层叠；
使该未固化的树脂组合物固化，形成与振动部件和固定部件相连的反射层。
9.如权利要求1所述的复合材料振动器的制造方法，该方法包括以下步骤：
制备振动部件和固定部件；
制备含至少一种可固化的树脂、固化剂和有机硅化合物的树脂片；
将该树脂片放置在振动部件和固定部件之间；
使该树脂片固化，形成与振动部件和固定部件相连的反射层。
10.如权利要求8或9所述的制造复合材料振动器的方法，其特征在于，所述固化通过加热进行。
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