CN211047202U - 一种振膜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及的振膜，包括中间层以及涂覆在中间层两表面的涂层，中间层为碳石墨和碳纳米管层，涂层为类金刚石涂层，碳纳米管相互交织形成宏观形态为膜状、微观为网络结构的多孔膜，碳石墨穿插于碳纳米管多孔膜的内部间隙中，碳石墨和碳纳米管共同形成内部结构相对致密碳石墨和碳纳米管层，类金刚石涂层比弹性率高、弯曲刚性高和内阻尼高，获得的振膜具有良好声学效果、良好防潮性能、良好抗霉变性能、且生产成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种振膜。
背景技术
随着人们生活水平和科技水平的不断提升，数字音频技术发展迅速，对扬声器音质的要求也越来越高。振膜是扬声器发声的最重要部件之一，振膜的往复振动使周围空气介质形成疏密波引起人耳鼓膜振动，从而使人耳感受到声音，因此，振膜材料自身的物理性质将对音质质量产生决定性影响。从声学效果角度，即稳态振动方面考虑，对振膜材料的物理性质存在三方面要求：1、为使扬声器重放频带尽可能宽，要求振膜材料比弹性率尽量大；2、为了防止扬声器发出的声音失真，抑制振膜在工作中产生分割振动，要求振膜材料的弯曲刚性大； 3、为了进一步改善扬声器的音质，使振膜的频率响应曲线更为平滑，要求振膜材料具有适当的内阻尼(内阻尼可由损耗因子表征)。此外，从工作寿命角度出发，为了使扬声器能够长期稳定工作，还要求振膜材料具有良好的防潮性能和抗霉变性能。对现有材料进行的研究发现，利用碳质材料作为扬声器振膜具有良好的发展前景，但也存在较多技术瓶颈。与市场常见的纸系振膜材料相比，金刚石拥有很高的比弹性率和弯曲刚性，但是这种材料的内阻尼很低，同时价格昂贵、制造成本高。此外，金刚石薄膜在制备过程中需要衬底，制备完成后薄膜与衬底往往结合紧密、难以从衬底表面剥离。碳石墨的比弹性率虽然比金刚石低一些，然而其内阻尼较高、且价格低廉，是一种比较理想的振膜材料，但是碳石墨的成膜性能差、难以独立成膜。类金刚石的比弹性率、弯曲刚性和内阻尼均介于金刚石和碳石墨之间，制备成本低、成膜性好。然而类金刚石薄膜在制备过程中也需要衬底，同样存在薄膜与衬底结合紧密、难以剥离的问题。从声学效果、经济成本两方面综合考量，碳石墨和类金刚石两种材料更适合于实际的振膜生产，其面临的技术挑战主要是如何使之成为一种独立、稳定的碳质膜体。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有良好声学效果、良好防潮性能、良好抗霉变性能、生产成本较低的振膜。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种振膜，包括中间层以及涂覆在所述中间层两表面的涂层，所述中间层为碳石墨和碳纳米管层，所述涂层为类金刚石涂层。
进一步地，所述振膜的厚度为54μm-216μm。
进一步地，所述碳石墨和碳纳米管层包括碳石墨和碳纳米管，所述碳纳米管为相互交织的结构，所述碳石墨存在于相互交织的所述碳纳米管的间隙中，所述碳石墨和碳纳米管层的厚度为50μm-200μm。
进一步地，所述类金刚石涂层的厚度为2μm-8μm。
进一步地，所述碳石墨和碳纳米管层由高温碳化-原位生长方法制备形成。
进一步地，所述类金刚石涂层由高能脉冲磁控溅射方法制备形成。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型获得的振膜包括碳石墨和碳纳米管层和类金刚石涂层，碳纳米管相互交织形成宏观形态为膜状、微观为网络结构的多孔膜，碳石墨穿插于碳纳米管多孔膜的内部间隙中，碳石墨和碳纳米管共同形成内部结构相对致密碳石墨和碳纳米管层，并在其表面沉积比弹性率高、弯曲刚性高和内阻尼高的类金刚石涂层，获得综合性能优异的振膜，该振膜具有良好声学效果、良好防潮性能、良好抗霉变性能、且生产成本较低。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本实用新型所示的振膜的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参见图1，本实用新型所示的一种振膜1，包括中间层11以及涂覆在中间层两表面的涂层12，中间层11为碳石墨和碳纳米管层11，涂层为类金刚石涂层 12。碳石墨和碳纳米管层包括碳石墨111和碳纳米管112，碳纳米管112为相互交织的结构，碳石墨111存在于相互交织的碳纳米管112的间隙中。其中，振膜1的厚度为54μm-216μm，碳石墨和碳纳米管层11的厚度为50μm-200μm，类金刚石涂层12的厚度为2μm-8μm。碳石墨、碳纳米管和类金刚石都为现有材料并且也都可以由现有技术手段得到，碳石墨、碳纳米管和类金刚石互相掺杂在一起也不会发生任何反应。
碳纳米管是由单层或多层石墨态碳分子层卷曲形成的纳米管状物质，是一类重要的一维纳米材料。高长径比的碳纳米管相互交织可形成宏观形态为膜状、微观为空间网络结构的多孔膜。碳纳米管多孔膜可以作为其他不易成膜物质的载体，不易成膜的碳石墨穿插于碳纳米管多孔膜的内部间隙中，碳石墨和碳纳米管共同形成内部结构相对致密碳石墨和碳纳米管层，并在其表面沉积类金刚石涂层，通过合理控制碳石墨、碳纳米管、类金刚石三者的结合形态，可以获得综合性能优异的振膜。该振膜的材料组成为碳质，不存在有机物，故而不易发生霉变，此外，表面的类金刚石涂层具有显著的疏水性，使振膜获得良好的防潮性能。诚然，在其他实施例中，为了获得良好防潮性能的表面涂层，也可以使用具有相同功能的其他涂层涂覆在碳石墨和碳纳米管层的两表面。
本实用新型还提供了一种用以制备上述振膜的制备方法，制备方法如下：
S1、高温碳化-原位生长方法制备碳石墨和碳纳米管层，具体的，
a.将一定规格的基底金属表面打磨光滑平整，置于稀酸中进行酸洗刻蚀使表面毛化，而后再分别放入去离子水、无水乙醇和丙酮中进行超声清洗，真空干燥，备用，其中，基底金属可以为纯金属钴、或纯金属镍、或任意元素比例的镍-钴合金，在此不做限制，基底金属的规格大小在此也不做限制；
b.将0.5-5份的三聚氰胺和0.2-2份的蔗糖溶于50份的甘油中，用来配制喷涂液，备用；
c.将喷涂液喷涂至预处理过的基底金属表面，而后真空干燥使三聚氰胺和蔗糖在基底金属表面析出附着，三聚氰胺和蔗糖在基底金属表面析出附着的质量之和为300mg/cm2-800mg/cm2；
d.将表面析出附着有三聚氰胺和蔗糖的基底金属置于气氛炉中加热处理，热处理气氛为惰性气氛，热处理温度为700℃-1100℃，热处理时间为3h-8h，高温下使三聚氰胺和蔗糖裂解为碳石墨，同时在基底金属的催化作用下原位生长碳纳米管，其中，惰性气氛为纯氩气或纯氮气，热处理采用电磁感应加热方式加热；
e.热处理结束并冷却至室温后，将基底金属表面的黑色膜层直接揭下，获得碳石墨和碳纳米管层，碳石墨和碳纳米管层的厚度为50μm-200μm。
S2、高能脉冲磁控溅射方法在碳石墨和碳纳米管层两表面沉积类金刚石涂层，具体的，
g.将获得的碳石墨和碳纳米管层夹持于磁控溅射仪器的样品台表面，抽真空到1.0×10-3Pa以上真空度；
h.通入氩气，氩气进气流量为40sccm-800sccm，其后通入乙炔气体，乙炔气体进气流量为10sccm-50sccm，设置真空度为1Pa-2Pa；
i.样品台与磁控溅射靶之间的距离为12cm-18cm，样品台公/自转速度均为 3r/min-8r/min；
j.打开溅射电源实施溅射，电源电流为1A-8A，电源占空比为40％-80％，电源频率为40kHz-100kHz，脉冲负偏压为200V-1000V，脉冲负偏压占空比为 30％-60％，溅射时间为0.5h-5h得到类金刚石涂层，类金刚石涂层的厚度为 2μm-8μm；
k.重复上述过程，在碳石墨和碳纳米管层的另一面也沉积相同的类金刚石涂层，类金刚石涂层的厚度为2μm-8μm，得到厚度为54μm-216μm的振膜。
关于振膜的制备方法，下面以具体实施例进行说明，
实施例一
S1、高温碳化-原位生长方法制备碳石墨和碳纳米管层，具体的，
a.将20mm×10mm×0.1mm的纯金属钴片表面用金相砂纸打磨光滑平整，置于5％稀盐酸中进行酸洗刻蚀使表面毛化，而后再分别放入去离子水、无水乙醇和丙酮中进行超声清洗，真空干燥，备用，
b.将2份的三聚氰胺和1份的蔗糖溶于50份的甘油中，用来配制喷涂液，备用；
c.将喷涂液喷涂至预处理过的纯金属钴片表面，而后真空干燥使三聚氰胺和蔗糖在基底金属表面析出附着，三聚氰胺和蔗糖在基底金属表面析出附着的质量之和为350mg/cm2；
d.将表面析出附着有三聚氰胺和蔗糖的纯金属钴片置于气氛炉中加热处理，热处理气氛为纯氩气，热处理温度为700℃，热处理时间为3h，热处理采用电磁感应加热方式加热；
e.热处理结束并冷却至室温后，将基底金属表面的黑色膜层直接揭下，获得碳石墨和碳纳米管层。
S2、高能脉冲磁控溅射方法在碳石墨和碳纳米管层两表面沉积类金刚石涂层，具体的，
g.将获得的碳石墨和碳纳米管层夹持于磁控溅射仪器的样品台表面，抽真空到1.0×10-3Pa以上真空度；
h.通入氩气，氩气进气流量为100sccm，其后通入乙炔气体，乙炔气体进气流量为20sccm，设置真空度为1.5Pa；
i.样品台与磁控溅射靶之间的距离为12cm，样品台公/自转速度均为3r/min；
j.打开溅射电源实施溅射，电源电流为2A，电源占空比为50％，电源频率为60kHz，脉冲负偏压为300V，脉冲负偏压占空比为40％，溅射时间为2h得到类金刚石涂层；
k.重复上述过程，在碳石墨和碳纳米管层的另一面也沉积相同的类金刚石涂层。
对最后得到的振膜样品进行动态弹性模量测试和密度测试，进而计算出振膜的比弹性率和损耗因子，具体结果见表1。
实施例二
与实施例一不同的是，在本实施例中，使用的基底金属为20mm×10mm×0.1mm的纯金属镍片，对最后得到的振膜样品进行动态弹性模量测试和密度测试，进而计算出振膜的比弹性率和损耗因子，具体结果见表1。
实施例三
与实施例一不同的是，在本实施例中，喷涂液的成分为4份的三聚氰胺和 1.5份的蔗糖溶于50份的甘油中。将喷涂液喷涂至纯金属钴片表面，三聚氰胺和蔗糖在纯金属钴片表面析出附着的质量之和为600mg/cm2。热处理的温度为 1000℃，热处理时间为6h。
高能脉冲磁控溅射制备类金刚石涂层时，氩气进气流量为400sccm，乙炔气体进气流量为40sccm，样品台与磁控溅射靶之间的距离为15cm，样品台公/自转速度均为5r/min。实施溅射时，电源电流为6A，电源占空比为60％，电源频率为80kHz，脉冲负偏压为500V，脉冲负偏压占空比为50％，溅射时间为4h。
对最后得到的振膜样品进行动态弹性模量测试和密度测试，进而计算出振膜的比弹性率和损耗因子，具体结果见表1。
实施例四
与实施例一不同的是，在本实施例中，高能脉冲磁控溅射制备类金刚石涂层时，氩气进气流量为400sccm，乙炔气体进气流量为40sccm，样品台与磁控溅射靶之间的距离为15cm，样品台公/自转速度均为5r/min。实施溅射时，电源电流为6A，电源占空比为60％，电源频率为80kHz，脉冲负偏压为500V，脉冲负偏压占空比为50％，溅射时间为4h。
对最后得到的振膜样品进行动态弹性模量测试和密度测试，进而计算出振膜的比弹性率和损耗因子，具体结果见表1。
表1.不同条件下获得的振膜样品的比弹性率和损耗因子
| 振膜样品 | 比弹性率×10<sup>6</sup>(m<sup>2</sup>/s<sup>2</sup>) | 损耗因子×10<sup>-2</sup>(tanθ) |
| 实施例1 | 32.62 | 6.07 |
| 实施例2 | 28.41 | 5.45 |
| 实施例3 | 38.27 | 6.74 |
| 实施例4 | 42.52 | 5.11 |
综上，本实用新型获得的振膜包括碳石墨和碳纳米管层和类金刚石涂层，碳纳米管相互交织形成宏观形态为膜状、微观为网络结构的多孔膜，碳石墨穿插于碳纳米管多孔膜的内部间隙中，碳石墨和碳纳米管共同形成内部结构相对致密碳石墨和碳纳米管层，并在其表面沉积比弹性率高、弯曲刚性高和内阻尼高的类金刚石涂层，获得综合性能优异的振膜，该振膜具有良好声学效果、良好防潮性能、良好抗霉变性能、且生产成本较低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种振膜，其特征在于，所述振膜包括中间层以及涂覆在所述中间层两表面的涂层，所述中间层为碳石墨和碳纳米管层，所述涂层为类金刚石涂层。
2.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述振膜的厚度为54μm-216μm。
3.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述碳石墨和碳纳米管层包括碳石墨和碳纳米管，所述碳纳米管为相互交织的结构，所述碳石墨存在于相互交织的所述碳纳米管的间隙中，所述碳石墨和碳纳米管层的厚度为50μm-200μm。
4.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述类金刚石涂层的厚度为2μm-8μm。
5.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述碳石墨和碳纳米管层由高温碳化-原位生长方法制备形成。
6.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述类金刚石涂层由高能脉冲磁控溅射方法制备形成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020059658.0U CN211047202U (zh) | 2020-01-13 | 2020-01-13 | 一种振膜 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202020059658.0U CN211047202U (zh) | 2020-01-13 | 2020-01-13 | 一种振膜 |
Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117425115A (zh) * | 2023-12-19 | 2024-01-19 | 北京沃尔德金刚石工具股份有限公司 | 一种多层金刚石振膜及其制备方法与应用 |
-
2020
- 2020-01-13 CN CN202020059658.0U patent/CN211047202U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117425115A (zh) * | 2023-12-19 | 2024-01-19 | 北京沃尔德金刚石工具股份有限公司 | 一种多层金刚石振膜及其制备方法与应用 |
| CN117425115B (zh) * | 2023-12-19 | 2024-02-27 | 北京沃尔德金刚石工具股份有限公司 | 一种多层金刚石振膜及其制备方法与应用 |
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