Page 41 - 《应用声学）》2023年第5期

第 42 卷 第 5 期 宋寿鹏等： 纳米填充硅橡胶超声干耦合特性 933

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图 3 干耦合材料制备流程
Fig. 3 Process of dry coupling material preparation

阻抗提升效果。试验中当纳米二氧化硅填充质量
分数为 5% 时，硅橡胶声阻抗提高了 13.5%，达到了
1.323 MRayl。在试验中还发现，当二氧化硅充质量
分数达到 10% 时，混合液黏度过大，难以流平，气泡
(a) (b) (c) (d)
(a) ళ܍ЍጪዛᮤዢᄊRTVᆪൃᑛ 难以去除，且固化后硬度超过了50 HA，不具备干耦
(b) ܍Ѝ᧚˞5%ጪዛ̄තӑᆪᄊRTVᆪൃᑛ
(c) ܍Ѝ᧚˞5%ጪዛතӑᨸᄊRTVᆪൃᑛ 合应用的条件。
(d) ܍Ѝ᧚˞5%ጪዛᨡᄊRTVᆪൃᑛ
3.5
图 4 干耦合材料样品 තӑᨸ 20%
ᨡ
Fig. 4 Sample of dry coupled material 3.0 ̄තӑᆪ
௄຋ҫ
2.2 干耦合材料参数测定 2.5 10%
测试中采用制备的 3 种干耦合材料，分别添加 ܦᛰѓ/(dBSmm -1 ) 20% 1.5 3%
1.4
了二氧化硅、氧化铝和铁 3 种纳米颗粒，基底为硅 2.0 5% 1.3 1% 10%
橡胶。干耦合材料的声速使用反射法测得，使用 1.5 1.2 1% 3% 5%
1.1
0%
CUST8800 超声探伤仪激励超声换能器，通过泰克 1.0 1% 3%
1.0 0.9 5%
DPO4032 示波器测得始波与材料样品底面回波之 1.1 1.2 1.3 1.4
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
间的时间差以及相对幅值比，最后计算得到干耦合 ܦ᫾ઈ/MRayl
材料的声阻抗与声衰减系数。不同干耦合材料声阻
图 5 纳米填充硅橡胶声阻抗与声衰减系数
抗和声衰减参数测试结果如图5所示。
Fig. 5 Acoustic impedance and attenuation coef-
可以看出，填充纳米颗粒材料可以有效提高硅
ficient of nano-filled silicone rubber
橡胶材料的声阻抗，3 种纳米填充硅橡胶的声阻抗
均随着纳米材料比例的增大而增大。其中纳米铁 尽管纳米铁对硅橡胶声阻抗的提升效果最好，
填充时材料声阻抗的提升效果最明显，这是因为纳 但由于界面黏滞摩擦、粒子散射以及粒子间相互作
米铁的密度远大于另外两种材料。纳米氧化铝填 用等 [6] ，纳米铁填充后的硅橡胶的声衰减系数也最
充和纳米铁填充的硅橡胶材料的声速会随纳米颗 大。纳米二氧化硅作填料时，由于二氧化硅提高了
粒填充比例的增大而降低。而纳米二氧化硅填充 硅橡胶的交联度，对材料起到补强作用 [22−23] ，因此
硅橡胶的声速则会随二氧化硅填充比例的增大而 声波的传播损耗降低，声衰减系数随着二氧化硅的
增大。因此当纳米颗粒填充质量分数相同时，密度 填充质量分数上升而下降。
小于氧化铝的二氧化硅可以获得优于氧化铝的声 当材料被用作干耦合剂时，由于材料硬度会对