[其他]復合陶瓷寬帶水聽器及其工藝

在審

• 申請號: 101985000000712
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100712B
• 公開（公告）日: 1987-12-16
• 發明（設計）人: 何遠光;莊謬
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

采用兩個夾心式復合壓電陶瓷材料的圓片，設計安裝的水聽器結構簡單、工藝容易。水聽器的接收電壓靈敏度為－１９６ｄＢ（ＯｄＢ＝１ｖ／μｐａ水聽器的頻帶５０Ｈｚ～２００ＫＨｚ，靈敏度起伏±１．５ｄＢ，水聽器在２００ＫＨｚ以下無水平指向性，垂直指向性開角大于６０度。

本發明屬于水聲領域中的一種水聽器及其工藝。

水聽器的頻帶要作得很寬，達到200KHZ和無方向性，關鍵是設計并選取一種理想的靈敏元件。頻帶寬元件就要小。1970年美國聲學雜志發表美國海軍研究所聲學計量分部設計的一種探針式水聽器（J.A.S.A.Vol48P725-728（1970）），頻帶是10HZ～200KHZ，靈敏元件采用了壓電陶瓷小園管，直徑是3.2mm，管高3.2mm，壁厚0.76mm。水聽器的靈敏度為-216dB（OdB＝1V/μpa）。1977年丹麥B8K公司產品目錄中介紹了8103水聽器，使用頻帶可達200KEZ（靈敏度起伏-IOdB），而平坦部分小于125KHZ（靈敏度起伏±2dB），水聽器的靈敏度為-211dB。壓電陶瓷小園管外徑大約是6.5mm。國內還報導過用特殊工藝將園管做成注射器的針頭那樣小以實現更寬的頻帶（見“頻標與顯示”1980年第2期p70-73，中國科學院武漢物理所，內刊），當然這種水聽器的靈敏度就更低了。設計小型元件，不但給制造帶來困難，而且要實現對元件的聲屏蔽，去幫，支撐，密封等這都給水聽器工藝增添麻煩，結構設計更為考究。小尺寸的元件雖然能使水聽器頻帶寬，但靈敏度很低使用受到限制。

1976年美國海軍研究所P.C.Pchanka（P.C.Pohanka R.W.Rice Repert REL Progress Feb（1978））和賓夕法尼亞大學的L.E.Cress（Mat.Res.Bull.13 p525-536（1978））發現了壓電陶瓷和人造橡膠復合物可以提高壓電性和柔順性。1978年以后陸續見到有關復合陶瓷材料的研究報導，但都沒見到應用的報導。1980年中國科學院聲學所開始了復合陶瓷材料的研究工作。

本發明的目的就在于采用一種新的復合壓電材料，“致密-多孔-致密”夾心式復合壓電陶瓷作靈敏元件，實現了水聽器的寬帶（達到200KHz），無方向性和高靈敏度，水聽器結構簡單，工藝容易。

本發明采用了二片或三片直徑為φ4.5mm～φ5.0mm厚度為1.6mm的夾心式復合陶瓷園片，園片直徑的選取約等于頻帶上限時水中波長的一半。在安裝方式上，采用上下十字交叉的排列，也就是說垂直于園片表面的軸線相互成90度，一片在上，一片在下。上下兩片凈間距1～2mm，間距不能太窄，否則在灌膠時在縫隙里容易形成氣泡。這樣的安裝目的在于能形成一個十分理想的水平無方向性的特性。

在電接線上采取并聯方式以提高水聽器的靜電容。正，負極的接線都必須采用單股裸線（無絕緣外皮）。本發明采用了0.1mm的鍍銀導線，電極上的焊點要盡可能小。

二個園片的定位不用支撐架，完全靠二根電極引線。電極引線不能太長，一般從下面的那片園片算起到固定小銅管端面的凈距離在5～10mm之范圍內為好，不要超過10mm。負極引線焊在直徑為φ2mm，長40mm的銅管（固定小銅管）的外表面上。正極引線焊在銅管內引出的帶有絕緣外皮的導線上。有絕緣皮的導線事先應和銅管固定，本發明采用室溫固化的環氧樹脂，室溫硫化硅橡膠和502膠三種方式效果一樣。焊接好的電極引線牢牢地和小銅管及銅管中的芯線（有絕緣外皮的導線）固定。這樣電極引線既是電的通路，又起到了對片子支撐和定位的作用。當然也可以將銅管中的芯線留有一定長度直接焊在片子的正極上。由于芯線是多股線、焊接前注意在導線上掛一層薄薄的錫，讓它形成類似單股線，錫不能太多要盡可能保證導線的柔軟，否則在焊電極和片子定位操作成交叉十字形時容易把片子的銀層損壞，引線脫掉。使用單股引線或掛錫多股線極為重要，以避免在灌膠工藝中產生微小氣泡，影響水聽器的性能。

焊好定位好的片子要開始進行清潔處理，一般用丙酮或無水乙醇、用棉花或棉絲醮溶劑擦整個園片，焊點、小銅管，引線等各部分。由于夾心式復合陶瓷中間層孔隙較多要盡可能防止有機溶劑滲入，棉花上的溶劑用量要越少越好，擦洗后用紅外線燈烤半小時左右，促使孔隙內的溶劑揮發。