[其他]复合陶瓷宽带水听器及其工艺

说明书

本发明属于水声领域中的一种水听器及其工艺。

水听器的频带要作得很宽，达到200KHZ和无方向性，关键是设计并选取一种理想的灵敏元件。频带宽元件就要小。1970年美国声学杂志发表美国海军研究所声学计量分部设计的一种探针式水听器（J.A.S.A.Vol48P725-728（1970）），频带是10HZ～200KHZ，灵敏元件采用了压电陶瓷小园管，直径是3.2mm，管高3.2mm，壁厚0.76mm。水听器的灵敏度为-216dB（OdB＝1V/μpa）。1977年丹麦B8K公司产品目录中介绍了8103水听器，使用频带可达200KEZ（灵敏度起伏-IOdB），而平坦部分小于125KHZ（灵敏度起伏±2dB），水听器的灵敏度为-211dB。压电陶瓷小园管外径大约是6.5mm。国内还报导过用特殊工艺将园管做成注射器的针头那样小以实现更宽的频带（见“频标与显示”1980年第2期p70-73，中国科学院武汉物理所，内刊），当然这种水听器的灵敏度就更低了。设计小型元件，不但给制造带来困难，而且要实现对元件的声屏蔽，去帮，支撑，密封等这都给水听器工艺增添麻烦，结构设计更为考究。小尺寸的元件虽然能使水听器频带宽，但灵敏度很低使用受到限制。

1976年美国海军研究所P.C.Pchanka（P.C.PohankaR.W.RiceRepertRELProgressFeb（1978））和宾夕法尼亚大学的L.E.Cress（Mat.Res.Bull.13p525-536（1978））发现了压电陶瓷和人造橡胶复合物可以提高压电性和柔顺性。1978年以后陆续见到有关复合陶瓷材料的研究报导，但都没见到应用的报导。1980年中国科学院声学所开始了复合陶瓷材料的研究工作。

本发明的目的就在于采用一种新的复合压电材料，“致密-多孔-致密”夹心式复合压电陶瓷作灵敏元件，实现了水听器的宽带（达到200KHz），无方向性和高灵敏度，水听器结构简单，工艺容易。

本发明采用了二片或三片直径为φ4.5mm～φ5.0mm厚度为1.6mm的夹心式复合陶瓷园片，园片直径的选取约等于频带上限时水中波长的一半。在安装方式上，采用上下十字交叉的排列，也就是说垂直于园片表面的轴线相互成90度，一片在上，一片在下。上下两片净间距1～2mm，间距不能太窄，否则在灌胶时在缝隙里容易形成气泡。这样的安装目的在于能形成一个十分理想的水平无方向性的特性。

在电接线上采取并联方式以提高水听器的静电容。正，负极的接线都必须采用单股裸线（无绝缘外皮）。本发明采用了0.1mm的镀银导线，电极上的焊点要尽可能小。

二个园片的定位不用支撑架，完全靠二根电极引线。电极引线不能太长，一般从下面的那片园片算起到固定小铜管端面的净距离在5～10mm之范围内为好，不要超过10mm。负极引线焊在直径为φ2mm，长40mm的铜管（固定小铜管）的外表面上。正极引线焊在铜管内引出的带有绝缘外皮的导线上。有绝缘皮的导线事先应和铜管固定，本发明采用室温固化的环氧树脂，室温硫化硅橡胶和502胶三种方式效果一样。焊接好的电极引线牢牢地和小铜管及铜管中的芯线（有绝缘外皮的导线）固定。这样电极引线既是电的通路，又起到了对片子支撑和定位的作用。当然也可以将铜管中的芯线留有一定长度直接焊在片子的正极上。由于芯线是多股线、焊接前注意在导线上挂一层薄薄的锡，让它形成类似单股线，锡不能太多要尽可能保证导线的柔软，否则在焊电极和片子定位操作成交叉十字形时容易把片子的银层损坏，引线脱掉。使用单股引线或挂锡多股线极为重要，以避免在灌胶工艺中产生微小气泡，影响水听器的性能。

焊好定位好的片子要开始进行清洁处理，一般用丙酮或无水乙醇、用棉花或棉丝醮溶剂擦整个园片，焊点、小铜管，引线等各部分。由于夹心式复合陶瓷中间层孔隙较多要尽可能防止有机溶剂渗入，棉花上的溶剂用量要越少越好，擦洗后用红外线灯烤半小时左右，促使孔隙内的溶剂挥发。

为了保证灌胶质量，必须对片子进行防泡处理。最好在夹心陶瓷园片的侧壁上涂上一层薄薄的室温固化环氧树脂或室温硫化硅橡胶，防止灌胶时产生气泡。当夹心复合陶瓷园片灌注了高分子聚合物将孔隙基本充满时，在进行磨片加工中侧壁难免留有孔隙，仍要涂一层东西，进行防泡处理。

将完成上述工艺流程的接收系统，套上筒形模具，用聚氨酯橡胶进行灌封。为了保证胶层尽可能的薄，模具的直径要尽可能小，本发明选用了φ7mm的园筒状模具。

将脱模后的接收系统的铜管端插入水听器的连杆部件中并焊死，插入多少对性能影响不大，一般插入15mm。