Page 42 - 《应用声学）》2023年第5期

934 2023 年 9 月

外力作用下的变形耦合产生影响，因此硬度也是衡 如图 7(c)所示。这是由于二氧化硅作填料不仅增大
量干耦合材料的性能指标之一，材料的硬度由邵氏 了硅橡胶的声阻抗，改善了干耦合界面的声阻抗匹
A硬度计测得。硅橡胶基底材料硬度约为20 HA，填 配，还降低了传播途中的声衰减，减小了传播路径上
充纳米填料后制备的干耦合材料硬度测试结果如 的声能损耗。但随着填充量的提高，完全耦合需要
图6所示。
0.8
36 තӑᨸ 0.7
ᨡ
34 ̄තӑᆪ 0.6
௄຋ҫ
32 0.5
30 ڀฉᄱࠫࣨϙ/% 0.4
ᆶए/HA 28 0.3 0%තӑᨸ
1%තӑᨸ
26
0.2
3%තӑᨸ
24 5%තӑᨸ
0.1
10%තӑᨸ
22
0 20%තӑᨸ
20
-0.1
0 50 100 150 200
18
0 5 10 15 20 ᣒᕳ/kPa
܍ந᠏᧚ᄈѬඋ/% (a) ጪዛතӑᨸ܍ЍᆪൃᑛࣰᏹՌҎ
0.8
图 6 纳米填充硅橡胶硬度变化
0.7
Fig. 6 Changes in hardness of nano-filled silicone
0.6
rubber 0.5
由于 3 种纳米填料的硬度都大于基料，因此随 ڀฉᄱࠫࣨϙ/% 0.4
着 3 种填料质量分数的提高，材料的硬度都会随之 0.3 0% ᨡ
增大。但添加纳米氧化铝和纳米铁时，硬度增大较 0.2 1% ᨡ
3% ᨡ
为缓慢。而二氧化硅会提高硅橡胶的交联度，因此 0.1 5% ᨡ
10% ᨡ
材料的硬度随着二氧化硅质量分数的提高而迅速 0 20% ᨡ
增大，在二氧化硅填充质量分数达到 5% 时，纳米填 -0.1
0 50 100 150 200
充硅橡胶的硬度提高了75%，达到35 HA。 ᣒᕳ/kPa
(b) ጪዛᨡ܍ЍᆪൃᑛࣰᏹՌҎ
2.3 干耦合材料声学传输特性分析
0.9
2.3.1 干耦合材料种类对声能传输特性的影响
0.8
为了验证制备的干耦合材料的声学传输性能， 0.7
选择被测试块钢，将制备的干耦合材料置于传感器 0.6
与试块之间，将三量推力计固定于传感器上方，施加 0.5
一定的预压力，记录了试块底面回波幅值与载荷之 ڀฉᄱࠫࣨϙ/% 0.4
0.3
间的对应数值。试验结果如图7所示。 0.2 0% ̄තӑᆪ
1% ̄තӑᆪ
3% ̄තӑᆪ
可以看出，随着预压载荷的增大，不同材料对应 0.1 5% ̄තӑᆪ
的回波幅值都逐渐增大，并逐渐趋于饱和，这是由于 0
-0.1
随着载荷的增加，接触面间的空气排出，回波幅值变 0 50 100 150 200
大，耦合效果变好。但是随着氧化铝和铁填充量的增 ᣒᕳ/kPa
(c) ጪዛ̄තӑᆪ܍ЍᆪൃᑛࣰᏹՌҎ
加，稳态回波逐渐减小，如图7(a)、图7(b)所示。这是
因为随着填料填充量的增加，材料的声衰减系数也 图 7 干耦合检测时回波相对幅值变化
逐渐增加，信号能量的损失加大。填充二氧化硅时， Fig. 7 Change of relative amplitude of echo in dry
随着填充比例的提高，回波的稳态幅值逐渐增大， coupling detection