[发明专利]高频球形多指向性复合材料换能器

权利要求书

1.一种高频球形多指向性复合材料换能器，其特征在于，包括压电复合材料球壳，所述压电复合材料球壳包含至少两个压电复合材料球壳阵元；所述压电复合材料球壳阵元包含压电小柱阵列，所述压电小柱阵列的压电小柱之间填充聚合物；所述压电复合材料球壳为正多面体球壳形状，所述正多面体球壳为下列中的一种：正四面体球壳，正六面体球壳，正八面体球壳，正十二面体球壳，正二十面体球壳；每个压电复合材料球壳阵元内外分别设置内电极、外电极；所述高频球形多指向性复合材料换能器具有两个工作模式：全向模式、定向模式；当工作于全向模式时，换能器实现空间全向接收和发射声波信号；当换能器工作于定向模式时，向指定方向的发射和接收声波信号。

2.根据权利要求1所述的高频球形多指向性复合材料换能器，其特征在于，所述压电小柱为压电陶瓷或压电单晶。

3.根据权利要求1所述的高频球形多指向性复合材料换能器，其特征在于，所述聚合物为环氧树脂、硅橡胶、聚氨酯或酚醛树脂；所述聚合物为单相材料或者为两相聚合物并联组成。

4.根据权利要求1所述的高频球形多指向性复合材料换能器，其特征在于，所述压电复合材料球壳内部设有球形支撑材料；换能器外部贴覆一层球面聚氨酯作为防水透声层。

5.一种制备权利要求1所述高频球形多指向性复合材料换能器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备压电复合材料球壳阵元，每个压电复合材料球壳阵元内外分别设置内电极、外电极；

2)将各压电复合材料球壳阵元对称分布于球形背衬，形成压电复合材料球壳，内电极、外电极的引线穿过压电复合材料球壳内部，并从压电复合材料球壳顶部的连接器引出；

3)在压电复合材料球壳外部贴覆一层球面的防水透声层。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的制备压电复合材料球壳阵元，包括：

(1)使用精密切割机分别对厚度为t的压电材料进行第一次切割，包括水平和垂直两个方向切割，切割深度设置为t₁ mm；切割完成后，压电小柱阵列的高度为t₁ mm，压电样品基底厚度为t-t₁ mm；

(2)切割完成后，将聚合物浇注于压电小柱阵列之间，并固化；

(3)将压电样品倒置，使用精密切割机对压电样品预留的基底进行第二次切割，切割深度为t-t₁ mm，即完全切透基底，切割的步进、缝宽及切割方向与第一次切割程序完全相同；

(4)将切割后的压电样品放置于球形模具中，将模具与样品同时加热；待样品软化后，利用球形模具挤压压电样品，使其成型球面；

(5)待压电样品模压成型后，将适量的聚合物注入模具中，使聚合物充分填充于压电小柱阵列中间，然后将模具和样品置于室温下固化；

(6)待聚合物充分固化后，将样品与模具分离，抛光样品表面，打磨样品的边缘使其水平与垂直两个方向的弯曲角度为90°。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)、(5)中的聚合物为相同的聚合物，使得制备的压电复合材料球壳阵元中的聚合物基体为单相聚合物；或者，步骤(2)、(5)中的聚合物为不同的聚合物，使得制备的压电复合材料球壳阵元中的聚合物基体由两相聚合物并联组成。