现代扬声器工程材料介绍:
音频换能器的振膜、锥盆,及膜片组件都是重要的元件。材料要求不仅要包括强度对质量的比值大,还要具有稳健性(robustness)和美观。有一些公司,例如B&W,Focal,Accuton,Genesis,Infinity以及Revel已放弃了纸和PP,赞同实用轻金属和合金,陶瓷,DVD(化学气相沉积)钻石及一些符合材料。从国防,航天,汽车和消费工业的应用和实施已经清晰地提升了音频换能器的现代工艺,但仍有许多工作要做的。下面是高音振膜模型,低频振动系统模型及适合锥盆和球顶膜的高性能材料的一些指导性讨论。
目的在于确认现有的工艺,材料开发和实施那就是确定最好的振膜材料,以及指出未来开发的另外机会。当前,纸盆制作中,说的有点“玄乎”的配比,锥盆公式,剂量,已经渐渐有效地趋向技术创新的,可清晰表达的有机化学,结构工程以及材料科学代替了。但是,对于音频换能器有效的研究和开发以及工艺实施,专用的FEA(有限元分析)模拟和设计能力还都是基本要点。
1.1锥盆和球顶膜用的通用金属
Berylllum是符号为Be(铍)的化学元素,在元素周期表中原子序号为4。铍是青灰色的,坚硬,质轻,脆性的碱性金属。这种元素对植物或动物的生命的必要性或有用性现在尚不清楚。由于毒性,特别是通过吸入含铍的粉尘中毒使铍金属的应用提出了技术上的挑战。
铍是地球上和宇宙中相对稀有的元素。除中东外世界各地都有铍储量。美国是当今最大的铍产品生产者而且有著名的大矿藏,特别在犹他州。全球还有/L个重要的著名铍矿,据估计巴西,乌干达,俄罗斯铍储量超过地球总储量的50%。
Aluminum铝,铝是硼组韧性的化学元素,它的符号为A1,原子序号为13。在正常情况下它不溶解于水。在地壳中铝是最丰富的金属,而且是排在氧和硅之后的全部元素中位居第三的最丰富元素。在自然界中,像自由金属一样铝也会发生化学反应。另外,还能找到与铝结合的超过270种不同的矿石。铝的主要来源是矾土矿。
Magnesium 镁,镁是符号为Mg的化学元素,其原子序号为12。镁是宇宙中质量第九位最丰富的元素。它组成了约2%的地壳质量,而且是溶解于海水中的第三丰富的元素。镁离子对所有活细胞是必不可少的,而且在人类身体质量中它是第十一位最丰富元素。在自然界镁的自由元素(金属)是找不到的。曾经从镁盐来生产,但是,现在这种碱土金属主要是通过盐水电解来获得了,而且被用作合金要素,用以制造铝镁合金。 Titanium 钛,钛是符号为Ti的化学元素,其原子序号为22。钛相当轻,坚硬,有光泽,抗腐蚀(包括抗海水和氯),过渡金属带浅灰色。这种元素存在于许多矿藏中,原则上是金红石和钛铁矿,它们广泛分布于地壳和岩石层,而且在几乎所有的生命体,岩石,水体和土壤中都能找到Ti。
轻金属的材料特性列于表1。在深度阳极氧化,轻合金表面处理或一些其它处理时这些金属就会变成金属氧化陶瓷。
表1:通用轻金属材料特性
特性 | Beryllium | Aluminum | Magnesium | Titanium |
密度,P | 1,840kg/m3 | 2,699kg/m3 | 1,740kg/m3 | 4,500kg/m3 |
杨氏模量,E | 303 X 109Pa | 68 X 109Pa | 44 X 109Pa | 116 X 109Pa |
声速, | 12,832m/s | 5,019m/s | 5,029m/s | 5,077m/s |
张力强度 | 240 X106Pa | 90 X106Pa | 115 X106Pa | 140 X106Pa |
泊松比 | 0.07 - 0.18 | 0.33 | 0.35 | 0.34 |
热传导率 | 260W/m-K | 210W/m-K | 159W/m-K | 17W/m-K |
导电率 | 2.3 X 1071/-m | 3.7 X 1071/-m | 2.2 X 1071/-m | 1.8 X 1071/-m |
1.2通用陶瓷
Beryllia or Beryllium Oxide(Be0)铍或氧化铍(BeO)是白色结晶的氧化物。值得注意的是,它是比其它任何非金属热传导率更高的电绝缘体。它的高熔点导致其可用作再加工。在自然界它作为白色氧化物矿而存在。历史上铍氧化物曾被称为Gl(即Be)。
Alumina or Aluminum Oxide铝或氧化铝,它是一种带有化学分子式Al 20 3 铝的两性(酸与碱)氧化物。铝氧化物是一种电绝缘体但是有相对高的热传导率。铝氧化物最常见的结晶形态被称为刚玉。
Magnesia or Megnesium Oxide镁或氧化镁,它是一种以方镁石存在于自然界的白色固体矿物。其所用的分子式是MgO。这是通过一个镁原子和一个氧原子之间的离子键形成的。早期,氧化镁是通过在耀眼的白光中镁带燃烧氧化,产生粉末制成的。