專(zhuān)利名稱(chēng)：用陶瓷材料吸聲的聲光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用陶瓷材料吸收反射聲波的聲光器件，具體涉及將碳化硅、氮化鋁和氮化硼陶瓷材料應(yīng)用于聲光器件上的發(fā)明。
背景技術(shù)：
聲光器件作為激光照排機(jī)、激光劃片機(jī)和激光打標(biāo)機(jī)等激光產(chǎn)品的重要部件，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。現(xiàn)有技術(shù)中，尤其是中大功率的聲光器件，如聲光Q開(kāi)關(guān)由于射頻功率較大、反射聲波較多，必須采取一定技術(shù)消除反射聲波，防止反射聲波與激光發(fā)生有害的聲光互作用，降低調(diào)Q后輸出的平均功率，損害激光器的調(diào)Q效果。目前對(duì)于聲光器件內(nèi)反射聲波的吸收主要是采用鉛、銦等金屬材料吸收反射聲波。具體使用方法是用膠粘劑把鉛、銦等金屬材料粘接在聲光互作用介質(zhì)的反射面上。使用時(shí)，射頻信號(hào)傳輸?shù)綋Q能器上，換能器把射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為超聲波傳輸?shù)铰暪饣プ饔媒橘|(zhì)內(nèi)，在到達(dá)聲光互作用介質(zhì)的反射面時(shí)經(jīng)膠粘劑耦合到鉛、銦等金屬材料上，鉛、銦等金屬材料吸收超聲波，防止了反射面反射超聲波。但是由于鉛、銦等金屬材料的膨脹系數(shù)較大，比聲光互作用介質(zhì)大了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，在使用環(huán)境溫差過(guò)大，或鉛、銦等金屬材料在把吸收的聲波轉(zhuǎn)換為熱量后由于沒(méi)有及時(shí)散走導(dǎo)屋致溫升過(guò)大時(shí)，金屬材料和聲光互作用介質(zhì)因?yàn)榕蛎浀牟町愄?，容易引起聲光互作用介質(zhì)反射面破裂。而且，鉛、銦等金屬材料價(jià)格較貴。因此，尋求一種膨脹系數(shù)與聲光互作用介質(zhì)差異小，避免聲光互作用介質(zhì)反射面破裂的用于聲光器件的吸聲材料是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員期待解決的問(wèn)題。
工程結(jié)構(gòu)陶瓷是陶瓷材料的重要分支。目前，在工程結(jié)構(gòu)陶瓷研究中，開(kāi)發(fā)出了強(qiáng)度高、導(dǎo)熱率高、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕、膨脹系數(shù)低的材料如碳化硅、氮化鋁、氮化硼、氧化鋁和氧化鈹?shù)?，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空航天、生物工程等領(lǐng)域。
碳化硅陶瓷是一種具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能的新型結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有熱膨脹系數(shù)小、比重輕(只有重金屬的三分之一)、導(dǎo)熱系數(shù)大等特性，熱等靜壓碳化硅陶瓷試樣的彎曲強(qiáng)度可以達(dá)到1000MPa。碳化硅陶瓷的高溫蠕變速率小。在高溫長(zhǎng)時(shí)間使用中，碳化硅陶瓷很穩(wěn)定，抗氧化性好，強(qiáng)度較少受環(huán)境(例如氧化)的影響。碳化硅的耐急冷急熱性好，且具有優(yōu)良的高溫抗腐蝕性。因而，碳化硅常用于制備航天器燃燒室、火箭噴嘴及軸承、滾珠、機(jī)械密封等處。
氮化硼屬六方晶系，具有類(lèi)似石墨的層次結(jié)構(gòu)，故有白石墨之稱(chēng)。氮化硼的膨脹系數(shù)低(與石英相當(dāng))，導(dǎo)熱率高(是石英的10倍)，所以抗熱震性?xún)?yōu)良，在1200～20℃循環(huán)百次也不破壞。氮化硼是熱的良導(dǎo)體，又是典型的電絕緣體，具有良好的潤(rùn)滑性，抗氧化性，抗腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，已經(jīng)廣泛用于制造高溫構(gòu)件、火箭燃燒室內(nèi)襯、宇宙飛船的熱屏蔽、磁流件發(fā)電機(jī)的耐蝕件等。
氧化鈹具有很高的熱導(dǎo)率，好的機(jī)械性能和介電性能，是過(guò)去大量使用的絕緣散熱材料，但是，隨著溫度的提高熱導(dǎo)性能明顯下降，不能適應(yīng)高功率大發(fā)熱量的器件使用要求，更重要的是氧化鈹有很高的毒性，在生產(chǎn)中會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，且不利于工人的身體健康。目前，它正在被氮化鋁、氮化硼等取代。
氧化鋁陶瓷的膨脹系數(shù)、吸聲系數(shù)與氮化鋁陶瓷相似，但熱導(dǎo)率只有氮化鋁陶瓷的七分之一，因此氧化鋁陶瓷也正在被氮化鋁、氮化硼等取代。
氮化鋁為六方晶型，純氮化鋁呈藍(lán)白色，通常為灰色或灰白色。它的密度大于3.25，熔點(diǎn)2450℃，熱導(dǎo)率120～200W/m·k，大約是銅熱導(dǎo)的50％，膨脹系數(shù)約為5×10-6/℃，同時(shí)氮化鋁有低的介電常數(shù)、高電阻、低密度和接近硅的熱膨脹系數(shù)。氮化鋁陶瓷是新一代大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體模塊電路及大功率器件的理想散熱和封裝材料。它還可用作熔煉有色金屬和半導(dǎo)體材料砷化鎵的坩堝、蒸發(fā)舟、熱電偶的保護(hù)管、高溫絕緣件、微波介電材料、耐高溫及耐腐蝕結(jié)構(gòu)陶瓷及透明氮化鋁微波陶瓷制品。氮化鋁無(wú)毒副作用，綜合性能優(yōu)于氧化鋁、氧化鈹?shù)忍沾伞?br> 但是，關(guān)于陶瓷材料在聲光器件的應(yīng)用及研究目前尚未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種膨脹系數(shù)與聲光互作用介質(zhì)的差異小，避免聲光互作用介質(zhì)反射面破裂的用陶瓷材料吸聲的聲光器件。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的用陶瓷材料吸聲的聲光器件，包括換能器、聲光互作用介質(zhì)、反射面和校正塊，其特征在于用膠粘劑把吸聲陶瓷片粘接在聲光互作用介質(zhì)的反射面上用于吸收超聲波，防止反射面反射超聲波。
所述吸聲陶瓷片是碳化硅、氮化鋁或氮化硼瓷片；所述吸聲陶瓷片的厚度大于0.3mm，小于1mm。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于將碳化硅、氮化鋁和氮化硼瓷片等陶瓷材料應(yīng)用于聲光器件上。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明利用碳化硅、氮化鋁、氮化硼陶瓷材料的吸聲效果好，沒(méi)有剩余反射聲波，以及膨脹系數(shù)與聲光互作用介質(zhì)的差異較小等特點(diǎn)，將其應(yīng)用于聲光器件，即使使用環(huán)境溫差過(guò)大，或陶瓷材料把吸收的聲波轉(zhuǎn)換為熱量后由于沒(méi)有及時(shí)散走導(dǎo)致溫升過(guò)大時(shí)，也不會(huì)引起聲光互作用介質(zhì)反射面破裂。
2、碳化硅、氮化鋁和氮化硼等陶瓷材料制造工藝成熟，價(jià)格低、無(wú)毒副作用，是來(lái)源方便的環(huán)保材料；并且陶瓷材料(碳化硅、氮化鋁和氮化硼)性能穩(wěn)定，能長(zhǎng)期可靠工作。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1-換能器、2-聲光互作用介質(zhì)、3-反射面、4-膠粘劑、5-校正塊、6-陶瓷片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明用陶瓷材料吸聲的聲光器件，主要包括換能器1、聲光互作用介質(zhì)2、反射面3和校正塊5，其創(chuàng)新點(diǎn)在于將碳化硅、氮化鋁或氮化硼瓷片材料應(yīng)用于聲光器件上。即用膠粘劑4把陶瓷片6粘接在聲光互作用介質(zhì)2的反射面3上吸收超聲波，防止反射面反射超聲波。為了充分吸收超聲波，同時(shí)及時(shí)散走聲波轉(zhuǎn)換的熱量，防止熱量積累影響聲光互作用介質(zhì)2的性能，陶瓷片6(碳化硅、氮化鋁或氮化硼瓷片)的厚度在0.3mm～1mm為宜，如0.3mm、0.4mm、0.6mm等。
使用時(shí)，射頻信號(hào)RF傳輸?shù)綋Q能器1上，換能器1把射頻信號(hào)RF轉(zhuǎn)化為超聲波傳輸?shù)铰暪饣プ饔媒橘|(zhì)2內(nèi)，超聲波在到達(dá)聲光互作用介質(zhì)2的反射面3時(shí)經(jīng)膠粘劑4耦合到陶瓷片6上，陶瓷片6吸收超聲波，防止了反射面3反射超聲波。這樣聲光互作用介質(zhì)2內(nèi)的超聲波為完全行波，這種行波產(chǎn)生的折射率光柵與激光發(fā)生波互作用，產(chǎn)生衍射光。膠粘劑4最好采用504膠，其粘接牢固，性能穩(wěn)定。碳化硅、氮化鋁或氮化硼陶瓷薄片的膨脹系數(shù)小(與聲光互作用介質(zhì)2如石英玻璃相當(dāng))，吸聲系數(shù)和熱導(dǎo)率都很高，而且性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜，無(wú)毒副作用，因此是聲光器件吸聲陶瓷片6的最佳選擇。氧化鋁陶瓷的膨脹系數(shù)、吸聲系數(shù)與氮化鋁陶瓷相似，但熱導(dǎo)率只有氮化鋁陶瓷的七分之一，因此氧化鋁陶瓷沒(méi)有氮化鋁陶瓷理想。氧化鈹陶瓷在膨脹系數(shù)、吸聲系數(shù)和熱導(dǎo)率方面都很適合做吸聲材料，但它有劇毒，正在被氮化鋁陶瓷取代，因此在做吸聲材料方面也沒(méi)有氮化鋁陶瓷理想。
實(shí)施例1在聲光Q開(kāi)光中使用氮化鋁陶瓷片(厚度0.4mm)作吸聲材料，504膠作膠粘劑，在射頻功率50W時(shí)，反射波幾乎為0。在關(guān)斷50W的連續(xù)激光時(shí)，獲得了40W的平均功率。在同等測(cè)試條件下，不使用氮化鋁陶瓷片吸聲的聲光Q開(kāi)關(guān)，僅得到了30W的平均功率。因此這種吸聲措施性能穩(wěn)定，效果顯著，明顯提高了聲光Q開(kāi)關(guān)的平均功率和調(diào)Q效果，可以廣泛應(yīng)用于聲光器件。與實(shí)施例1不同的是采用碳化硅或氮化硼瓷片(厚度0.3mm～1mm)作吸聲材料也可達(dá)到相同的效果。
采用本發(fā)明，超聲波傳輸?shù)铰暪饣プ饔媒橘|(zhì)的反射面時(shí)，經(jīng)膠粘劑耦合到氮化鋁陶瓷片上，陶瓷片吸收超聲波，消除了聲波反射，防止了反射聲波與激光發(fā)生有害的聲光互作用，提高了激光器的調(diào)Q效果。由于陶瓷材料的膨脹系數(shù)小，與聲光互作用介質(zhì)相當(dāng)，不會(huì)引起聲光互作用介質(zhì)反射面破裂。
權(quán)利要求
1.用陶瓷材料吸聲的聲光器件，包括換能器(1)、聲光互作用介質(zhì)(2)、反射面(3)和校正塊(5)，其特征在于用膠粘劑(4)把吸聲陶瓷片(6)粘接在聲光互作用介質(zhì)(2)的反射面(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用陶瓷材料吸聲的聲光器件，其特征在于所述吸聲陶瓷片是碳化硅、氮化鋁或氮化硼陶瓷片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用陶瓷材料吸聲的聲光器件，其特征在于所述吸聲陶瓷片的厚度在0.3mm～1mm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用陶瓷材料吸聲的聲光器件，包括換能器、聲光互作用介質(zhì)、反射面和校正塊，其特征在于用膠粘劑把吸聲陶瓷片粘接在聲光互作用介質(zhì)的反射面上。本發(fā)明利用碳化硅、氮化鋁或氮化硼陶瓷材料的吸聲效果好，沒(méi)有剩余反射聲波，以及膨脹系數(shù)與聲光互作用介質(zhì)的差異較小等特點(diǎn)，將其應(yīng)用于聲光器件，即使使用環(huán)境溫差過(guò)大，或陶瓷材料把吸收的聲波轉(zhuǎn)換為熱量后由于沒(méi)有及時(shí)散走導(dǎo)致溫升過(guò)大時(shí)，也不會(huì)引起聲光互作用介質(zhì)反射面破裂；而且還降低了制造成本。
文檔編號(hào)C04B35/581GK101025481SQ200710078170
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者張澤紅 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所