[發明專利]一種具有純面切變振動模態晶體切型及其在無損探傷領域中的應用

有效

• 申請號: 202011182237.8
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112410881B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 于法鵬;武廣達;樊夢迪;段秀蘭;程秀鳳;趙顯
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;C30B29/22;B28D5/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發明涉及一種具有純面切變振動模態晶體切型及其在無損探傷領域中的應用，所述晶體材料為稀土磷酸鹽晶體，確定出晶體的X、Y和Z軸方向，物理學坐標軸X、Y和Z軸分別平行于晶體學坐標軸a、b和c軸，具有純面切變振動模態晶體切型為晶體繞著X軸旋轉角度α或繞著Y軸旋轉角度β或者繞著Z軸旋轉角度γ進行切割獲得的晶體。本發明的具有純面切變振動模態晶體切型，采用稀土磷酸鹽晶體，只有面切變振動模態，能夠激發出純的SH0波，并且加工方法簡單，只需要確定X、Y、或Z軸所在方向，便可直接加工出最優晶體切型，不需要進行角度旋轉，樣品制備簡便。

技術領域

本發明涉及一種具有純面切變振動模態晶體切型及其在無損探傷領域中的應用，屬于壓電晶體及無損探傷技術應用領域。

背景技術

壓電材料由于具有優良的力電耦合特性，已經被廣泛應用于傳感器、換能器和制動器等電子器件的設計和制備。相比于縱向壓電模態和厚度切變模態，壓電晶體的面切變振動模式(d₁₄,d₂₅,d₃₆)激發的水平剪切波(SH0波)，具有許多獨特的特點，首先，它是完全非分散的，可以簡單有效地收集信號；此外，SH0模式的平面外粒子位移為零，它的傳播受到周圍介質的影響較小；而且，當這些波穿過缺陷或邊界傳播時，模式轉換更少。因此，基于壓電晶體面切變振動模態激發的SH0波，在無損探傷技術等領域有著明朗的應用前景。由于基頻水平剪切(SH0)波具有非彌散、衰減小、與缺陷作用后模態轉換少等優點，能實現板殼結構的大范圍、高效率檢測，在現代工業中具有極大的應用價值，常用于壓電換能器。

然而受晶體對稱性和點群的影響，目前的晶體材料很難有效地獲得純的SH0波。因此，探索能夠激發純SH0波模式的新型壓電晶體或切型，設計新型壓電換能器件，成為重要的研究方向。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種具有純面切變振動模態晶體切型及其在無損探傷領域中的應用，本發明的晶體切型具有高聲速、純模態等特點，在無損探傷技術等領域具有重要的應用價值。

術語說明：

晶片切型符號說明：晶片切型符號中繞X軸旋轉一定角度記為α，繞Y軸旋轉一定角度記為β，繞Z軸旋轉一定角度記為γ。旋轉方式遵循右手螺旋法則。

純面切變振動模態：純面切變振動模態是指在厚度方向施加電場，形變方向沿著對角線方向。

為解決上述技術問題，本發明是通過如下技術方案實現的：

一種具有純面切變振動模態晶體切型，晶體材料為稀土磷酸鹽晶體，所述的稀土磷酸鹽化學通式為REM₃(PO₄)₃，RE格位為稀土元素；M格位為堿土金屬，結晶于立方晶系；確定出晶體的X、Y和Z軸方向，物理學坐標軸X、Y和Z軸分別平行于晶體學坐標軸a、b和c軸，具有純面切變振動模態晶體切型為晶體繞著X軸旋轉角度α或繞著Y軸旋轉角度β或者繞著Z軸旋轉角度γ進行切割獲得的晶體。

根據本發明優選的，所述的稀土元素選自Y、La、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb中的一種或兩種或兩種以上的組合；堿土金屬為Mg、Ca、Sr或Ba中的一種或兩種或兩種以上的組合。

進一步優選的，堿土金屬為Sr或Ba。

進一步優選的，所述的稀土磷酸鹽晶體為磷酸鐿鋇晶體Ba₃Yb(PO₄)₃或磷酸釔鋇晶體Ba₃Y(PO₄)₃。

根據本發明優選的，對于立方晶系磷酸鐿鋇晶體，具有純面切變振動模態晶體切型為晶體繞著X軸旋轉角度α進行切割獲得的晶體，-20°≤α≤20°，有效壓電常數d₁₄9.0pC/N。