[發明專利]一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010630173.7
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN112024343A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 王軍;劉志明;葉劍可;吳秀勇;杜鴻科;丁光亞;李明楓;馬曉華;王鵬;金錦強;楊克軍;徐東海;符洪濤;郭林;谷川
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 孫曉林

1.一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器，其特征是：包括壓電超聲換能器本體，所述壓電超聲換能器本體包括背襯層、匹配層、屏蔽層和壓電復合材料，所述匹配層設于壓電復合材料前側，背襯層設于壓電復合材料后側，所述屏蔽層覆蓋于壓電復合材料左右兩側，所述壓電復合材料連接有屏蔽線。

2.根據權利要求1所述的一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器，其特征是：所述壓電復合材料包括多個均勻排列的壓電陶瓷柱，相鄰壓電陶瓷柱之間澆注有聚合物基體或瀝青基體。

3.根據權利要求2所述的一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器，其特征是：所述壓電超聲換能器本體為發射型壓電超聲換能器，壓電陶瓷柱為PZT-4壓電陶瓷。

4.根據權利要求2所述的一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器，其特征是：所述壓電超聲換能器本體為接收型壓電超聲換能器，壓電陶瓷柱為PZT-5壓電陶瓷。

5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器，其特征是：所述匹配層由瀝青、環氧樹脂和固化劑組成，所述背襯層由瀝青、環氧樹脂、鎢粉和固化劑組成。

6.根據權利要求1所述的一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器的制備方法，其特征是：步驟如下：

采用切割-澆注法制備壓電復合材料，通過壓電復合模具，以PZT壓電陶瓷為功能體，瀝青為基體，環氧樹脂為基體改性組分，制備壓電復合材料；

壓電復合材料制備完成后與屏蔽線連接；

將壓電復合材料放入換能器模具中，再將匹配層澆注在換能器模具內并固化，匹配層澆注于壓電復合材料前側，匹配層由瀝青、環氧樹脂和固化劑調制組成；

將背襯層澆注在換能器模具內并固化，所述背襯層澆注于壓電復合材料后側，所述背襯層由瀝青、環氧樹脂、鎢粉和固化劑組成；

最后在壓電復合材料的左側和右側噴涂屏蔽層，所述屏蔽層為電磁屏蔽涂料。

7.根據權利要求6所述的一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器的制備方法，其特征是：步驟（1）壓電復合材料的制備步驟如下：

先將壓電陶瓷進行極化處理，并通過切片機將壓電陶瓷切割成若干壓電陶瓷柱；

將壓電陶瓷柱通過丙酮清洗，再用鈦酸四丁酯將壓電陶瓷柱浸泡；

將若干壓電陶瓷柱固定在壓電復合模具中，壓電復合模具內壁涂抹一層機油，壓電陶瓷柱均勻分布于壓電復合模具內，并放在振動臺上；

將聚合物基體或瀝青基體澆注到模具內，在振動臺的作用下，所述聚合物基體或瀝青基體均勻澆注分布于相鄰壓電陶瓷柱之間的空隙處，壓電復合材料澆注完成；

澆注完成后，放入真空干燥器中抽真空除去聚合物基體或瀝青基體中的氣泡；

將壓電復合模具放入標準養護箱內養護，直至背襯層、匹配層和壓電復合材料完全固化；

固化后進行脫模，再在表面進行打磨再拋光，再用丙酮擦拭表面后被電極；

最后在真空干燥箱中烘1小時-2小時，壓電復合材料制備完成。

8.根據權利要求6所述的一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器的制備方法，其特征是：上述步驟（3）中匹配層制備步驟如下：

（1）首先將環氧樹脂在60-70℃下進行預熱處理，然后加入瀝青充分攪拌均勻，瀝青和環氧樹脂的質量比為1:1；

（2）放入真空干燥器中抽真空除氣泡，直到沒有氣泡產生為止；

(3)加入固化劑并攪拌均勻，環氧樹脂和固化劑的質量比為4：1，再次放入真空干燥器抽真空處理；

（4）澆注到換能器模具中壓電復合材料的前側。

9.根據權利要求7所述的一種可用于瀝青路面損傷監測的壓電超聲換能器的制備方法，其特征是：上述步驟（4）中背襯層制備步驟如下：

(1) 首先將環氧樹脂在60-70℃下進行預熱處理，然后加入瀝青充分攪拌均勻，瀝青和環氧樹脂的質量比為1:1；

（2）加入鎢粉，攪拌均勻后放入真空干燥器中抽真空處理；

(3)加入固化劑并攪拌均勻，環氧樹脂和固化劑的質量比為4：1，再次放入真空干燥器抽真空處理；

(4)將其澆注到換能器模具中壓電元件的后側。