新型大功率氧化物導(dǎo)電陶瓷的研制及其應(yīng)用的研究

以豐富和價(jià)氧化鋅為原料，用電子陶瓷工藝制備了一種新的氧化物導(dǎo)電陶瓷。其顯著特點(diǎn)是室溫下就能導(dǎo)電，承受電功率大，發(fā)熱溫度高。研究工作從原材料選用、配方調(diào)整、工藝技術(shù)入手，進(jìn)行了宏觀性能測(cè)試，微觀結(jié)構(gòu)分析，機(jī)理分析和應(yīng)用研究，并提出了四篇報(bào)告。在優(yōu)化配方，改進(jìn)工藝后提高了材料性能，小批量投產(chǎn)一次成功，合格率達(dá)60%以上?，F(xiàn)性能、質(zhì)量均有提高，合格率達(dá)75%以上。材料室溫電阻率為0.068Ωcm,密度為4.96-5.45g/cm(2)，跨距為15mm時(shí)抗折強(qiáng)度為25.275MPa；洛氏硬度平均為63.15；14℃-1000℃的平均熱脹系為5.885×10(-6)℃。該材料是申請(qǐng)者在數(shù)學(xué)、科研實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)并潛心研究的結(jié)果，具有獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性，且具有廣泛的應(yīng)用前景。社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益看好。

本項(xiàng)目對(duì)目前功率超聲技術(shù)中急需的大功率壓電陶瓷超聲換能器系統(tǒng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。主要研究?jī)?nèi)容包括三方面。第一，對(duì)傳統(tǒng)的縱向夾心式壓電陶瓷換能器的多維耦合振動(dòng)進(jìn)行了研究，通過優(yōu)化換能器的幾何尺寸和振動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)換能器中縱向振動(dòng)模式和徑向振動(dòng)模式的相互強(qiáng)烈耦合，以達(dá)到換能器的大功率輸出。第二，提出了一種新型的徑向振動(dòng)夾心式壓電陶瓷大功率復(fù)合超聲換能器，利用解析法得出了此類換能器的機(jī)電等效電路，在此基礎(chǔ)上，得出了換能器的共振頻率設(shè)計(jì)方程。探討了徑向復(fù)合超聲換能器的幾何尺寸對(duì)其共振頻率、振動(dòng)模態(tài)、輻射功率以及有效機(jī)電耦合系數(shù)的影響；同時(shí)對(duì)此類換能器的負(fù)載能力及徑向振動(dòng)分布進(jìn)行研究，并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。第三，對(duì)縱彎模式轉(zhuǎn)換型彎曲振動(dòng)圓形及矩形超聲輻射器進(jìn)行了研究，探討了此類超聲輻射器的共振頻率、振動(dòng)模態(tài)、有效機(jī)電耦合系數(shù)及輻射功率與其幾何尺寸及負(fù)載特性之間的依賴關(guān)系，為研制大尺寸高功率超聲輻射器奠定了基礎(chǔ)。 本項(xiàng)目的研究對(duì)象相對(duì)于傳統(tǒng)的縱向振動(dòng)夾心式壓電陶瓷超聲換能器是一種新型的大功率超聲振動(dòng)系統(tǒng)。其研究成果相對(duì)于傳統(tǒng)的超聲換能器設(shè)計(jì)理論是一種改進(jìn)和創(chuàng)新，對(duì)于發(fā)展新型的大功率超聲換能器、改善現(xiàn)有超聲應(yīng)用技術(shù)的作用效果、開發(fā)新的超聲技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域具有理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本項(xiàng)目基本上按原定計(jì)劃進(jìn)行,并取得了預(yù)期的研究成果。除此以外，根據(jù)國(guó)內(nèi)外在該研究領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r及本項(xiàng)目組的實(shí)際情況，在相關(guān)的研究方向上適當(dāng)增加了一些研究?jī)?nèi)容，如空化液體介質(zhì)中的聲傳播等研究?jī)?nèi)容。 截止目前為止，本項(xiàng)目共發(fā)表學(xué)術(shù)論文23篇，其中SCI源期刊論文12篇，EI收錄期刊論文11篇；申請(qǐng)并獲得授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)。 本項(xiàng)目所研究的新型大功率換能器可作為水聲以及超聲技術(shù)中的大功率發(fā)射器，在聲納技術(shù)、超聲化學(xué)、超聲提取等超聲液體處理技術(shù)中獲得應(yīng)用。

本項(xiàng)目對(duì)目前功率超聲技術(shù)中急需的大功率壓電陶瓷超聲換能器系統(tǒng)進(jìn)行研究。第一，對(duì)傳統(tǒng)的縱向夾心式壓電陶瓷換能器的多維耦合振動(dòng)進(jìn)行研究，通過優(yōu)化換能器的幾何尺寸和振動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)換能器中縱向振動(dòng)模式和徑向振動(dòng)模式的相互強(qiáng)烈耦合，以達(dá)到換能器的大功率輸出。第二，提出一種新型的徑向振動(dòng)夾心式壓電陶瓷大功率復(fù)合超聲換能器，從理論上探討此類換能器的機(jī)電等效電路，在此基礎(chǔ)上，得出換能器的共振頻率設(shè)計(jì)方程。探討徑向復(fù)合超聲換能器的幾何尺寸及徑向預(yù)應(yīng)力對(duì)其共振頻率、振動(dòng)模態(tài)、輻射功率以及有效機(jī)電耦合系數(shù)的影響；同時(shí)對(duì)此類換能器的負(fù)載能力及徑向振動(dòng)分布進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)其優(yōu)化設(shè)計(jì)。第三，對(duì)縱彎模式轉(zhuǎn)換型彎曲振動(dòng)圓形及矩形超聲輻射器進(jìn)行研究，探討此類超聲輻射器的共振頻率、振動(dòng)模態(tài)、有效機(jī)電耦合系數(shù)及輻射功率與其幾何尺寸及負(fù)載特性之間的依賴關(guān)系，為研制大尺寸高功率超聲輻射器奠定基礎(chǔ)。