一种高内耗声阻稳压棒、制备方法、应用及测压传感元件技术领域
本发明涉及稳压测压技术领域，具体是指一种高内耗声阻稳压棒、制备方法、应用及测压传感元件。
背景技术
钛锆酸铅（TZP）陶瓷（Pb(Ti1-xZrx)O3）是最重要的一种压电晶体，具有居里点高，温度稳定性和耐久性好、形状灵活等特点；TZP陶瓷具有敏感的特性，其机电偶合系数可高达0.313～0.694，机械品质因数也较大，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号；压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，因此在精密仪器和机械的控制等领域应用广泛。
用于测压元件的稳压棒在国内外应用很广，尤其在低压（＜100MPa）下的产品种类繁多。但是对超高压冲击波，其作用时间极短（＜3μs），冲击波压力高达（600～2000MPa），若直接作用于压电晶体，则压电晶体很难承受。故长期以来国内外一直探寻用一种内耗值很大的材料，即高内耗声阻稳压棒，它先吸收（缓冲）超高压冲击波的动能，然后再将瞬间动能转换成稳定持续（10～30μs）的稳定压力波，再将此稳定压力波传给与之匹配的压电晶体以完成测压工作。遗憾的是，近70年来，材料科学研究者特别是金属材料研究者对高内耗材料的理论和实践研究非常不够，导致适用于超高压冲击波下的测压元件-稳压棒迟迟未能问世。所以，本发明对超高压冲击波下的测压元件材料的制备和研究具有十分重大的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高内耗声阻稳压棒、制备方法、应用及测压传感元件，所制得的稳压棒具有高的内耗值，较高的密度和强度，对声波和高压冲击波的阻尼效果显著，为一切爆炸冲击波的超高压冲击波测压元件提供一种性能优异的稳压部件。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种高内耗声阻稳压棒，其采用烧结Pb-Sn合金材料制作而成，该烧结Pb-Sn合金材料成分为质量比为1：1的Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末。
所述Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末粒度相同、粒度组成曲线相近、颗粒形状相近。
所述Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末均为氮气雾化的近球形颗粒的粉末，粒度均为-320～325目，且两种粉的粒度组成曲线相近。
一种高内耗声阻稳压棒的制备方法，有如下步骤：
1）原料备制：准备质量比为1：1的Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末的原料，将该原料进行混合构成混合料；
2）酸洗及烘干：将混合料用盐酸进行酸洗，盐酸与混合料的体积比为1：1，酸洗后进行真空烘干；
3）热压烧结：将烘干后的混合料进行热压烧结成坯件，将该坯件进行机械加工即得本发明高内耗声阻稳压棒。
所述1）步骤中，Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末均为氮气雾化的近球形颗粒的粉末，粒度均为-320～325目，且两种粉的粒度组成曲线相近。
所述1）步骤中，原料混合采用加入细棒的棒磨混料方式，棒磨混料时间为1-2小时。
所述2）步骤中，混合料用50％的盐酸进行酸洗，酸洗过程中，容器放在有循环水冷的冷水浴或冰水中，并用玻璃棒不断搅拌，酸洗时间为5-15分钟；
所述2）步骤中，酸洗后，还采用10％的NaOH溶液清洗，最后用酒精清洗；
所述2）步骤中，真空烘干于真空干燥箱中烘干，真空干燥箱温度控制在40-60℃。
所述3）步骤中，将粉末放于钢模中热压成型烧结，压力为5-20MPa，热压温度75-120℃，热压时间25-35秒，一次成型—烧结成坯件。
一种高内耗声阻稳压棒的应用，在高压、超高压冲击波的测压传感元件上的应用。
一种测压传感元件，包括绝缘外壳、TZP压电晶体及高内耗声阻稳压棒；该高内耗声阻稳压棒采用烧结Pb-Sn合金材料制作而成，该烧结Pb-Sn合金材料成分为质量比为1：1的Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末。
采用上述方案后，本发明高内耗声阻稳压棒及其制备方法，其为烧结Pb-Sn合金材料，由特定配方通过粉末冶金热压烧结获得，其对冲击波能量的吸收，即内耗值比合金全致密状态时要高出一个数量级，同时烧结Pb-Sn合金材料的密度、强度较大，对声波和高压冲击波的阻尼效果显著。
本发明高内耗声阻稳压棒可应用在一切高压、超高压冲击波的测压传感元件上，爆炸冲击波的速度极快，作用时间极短（＜0～3μs），冲击波瞬间压强极高（600～2000MPa）。当与TZP压电晶体组成测压元件后，在高压冲击波作用下，可以完全将冲击波的瞬间波峰缓冲，并能将冲击波能量转换为稳定的压力脉冲，测压稳定时间长，即可以完全将冲击波的瞬间（＜0～3μs）波峰转换为稳定持续（脉冲周期宽度＞15～20μs）的压电脉冲，以保证顺利完成测压任务。若通过组合将稳定的压力脉冲传递给压电晶体片，压电晶体片则可以把压力脉冲转化成电信号，通过仪器对电信号进行记录和分析。因此本发明在电子机械、采矿工程、军工等领域均可应用。
附图说明
图1是本发明测压传感元件的结构示意图；
图2是冲击波稳压压力-时间曲线图。
标号说明
绝缘外壳1TZP压电晶体2
高内耗声阻稳压棒3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。
本发明涉及一种高内耗声阻稳压棒，其采用烧结Pb-Sn合金材料制作而成，该烧结Pb-Sn合金材料成分为质量比为1：1的Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末。
本发明还涉及一种高内耗声阻稳压棒的制备方法，具体有如下一些步骤：
1）原料备制：准备质量比为1：1的Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末的原料，将该原料进行混合构成混合料；
优选的，原料的选备原则为，选取质量相同、粒度相同、粒度组成曲线相近、颗粒形状相近的铅、锡纯金属粉作为原料；具体而言，Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末均为氮气雾化的近球形颗粒的粉末，粒度均为-325目（-45μm），且两种粉的粒度组成曲线相近。
原料混合较佳地采用加入细棒的棒磨混料方式，棒磨混料时间为1-2小时，优选为1小时。具体而言，先将原料加到PVC塑料球磨桶内，另加入一定量的不锈钢细棒（Φ2.5×12mm）进行棒磨混料，以减小两种颗粒因比重差造成的混料不均匀性。不锈钢细棒与原料质量比较佳地控制为7:25，例如，原料总共为500g，则不锈钢细棒加入量为140～150g。
2）酸洗及烘干：将混合料用盐酸进行酸洗，盐酸较佳采用50％的盐酸，其与混合料的体积比为1：1；酸洗过程中，容器较佳地放在有循环水冷的冷水浴或冰水中，并用玻璃棒不断搅拌，酸洗时间为5-15分钟；
酸洗后，较佳地还进行清洗，具体地先采用10％的NaOH溶液清洗，再用酒精清洗；
酸洗后进行真空烘干；真空烘干优选地于真空干燥箱中烘干，真空干燥箱温度控制在40-60℃，优选地控制在50℃。
3）热压烧结：将烘干后的混合料进行热压烧结成坯件；具体而言，将粉末放于钢模中热压成型烧结，模腔尺寸可以为（4×4×40）mm，（10×1×45）mm，压力为5-20MPa，热压温度75-120℃，热压时间25-35秒，一次成型—烧结成坯件；
将所述坯件进行机械加工即得本发明高内耗声阻稳压棒；具体加工中，可将（4×4×40）mm的坯件机械加工成φ3×30mm的试样。
所述高内耗声阻稳压棒的制备方法，一具体实施例为，步骤如下：
（1）取-320～+325目的铅、锡粉各0.5kg，作为原料；
（2）将各原料加入塑料辊筒中，另加入280g、Φ2.5×12mm的不锈钢细棒，进行棒磨混合1小时；
（3）将混合料加到50％的盐酸进行酸洗，盐酸与混合粉末的体积比为1:1，酸洗过程中，容器放在有循环水冷的冷水浴或冰水中，并用玻璃棒不断搅拌，十分钟后用10％的NaOH溶液清洗，最后用酒精清洗，于真空干燥箱中（50℃）烘干；
（4）将粉末放于钢模中热压成型烧结，模腔尺寸（4×4×40）mm，（10×1×45）mm，压力为15MPa，热压温度80℃，热压时间30秒，一次成型—烧结成坯件；
（5）将坯件机械加工成φ3×30mm的圆柱体，即获得本发明高内耗声阻稳压棒。
本发明高内耗声阻稳压棒的制备方法采用粉末冶金方法制备技术。粉末冶金工艺可制备多孔、半致密或全致密的材料（包括制品）。粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能，如材料的孔隙度可控，可实现多组元间的复合、可制备在成分、相结构、颗粒界面多样化的特种高内耗合金及零件。通过粉末冶金热压烧结获得的烧结Pb-Sn合金，其对冲击波能量的吸收，即内耗值比合金全致密状态时要高出一个数量级，同时烧结Pb-Sn合金的密度、强度较大，对声波和高压冲击波的阻尼效果显著。
所述坯件制得后，还对其合金内耗值及其他性能检测，具体地，在电磁起振内耗测量仪上，用规定的内耗值测试方法完成内耗值测定，其他性能如合金密度、硬度、抗弯强度，按常规粉末冶金技术规定进行。
本发明还涉及一种高内耗声阻稳压棒的应用，将所述高内耗声阻稳压棒应用在一切在高压、超高压冲击波的测压传感元件上。
本发明还涉及一种测压传感元件，如图1所示，包括绝缘外壳1、TZP压电晶体2及高内耗声阻稳压棒3。TZP压电晶体2及高内耗声阻稳压棒3匹配地组装在绝缘外壳1内，高内耗声阻稳压棒3如上面所述，采用烧结Pb-Sn合金材料制作而成，该烧结Pb-Sn合金材料成分为质量比为1：1的Pb纯金属粉末和Sn纯金属粉末。图1中Fo为爆炸冲击波，Po为输出的稳压脉冲信号。
按照上面所述所得的烧结坯件（高内耗声阻稳压棒3）与TZP压电晶体2组成测压元件，在超高压冲击波下进行压力测试，获得压力波稳压曲线（参见图2）。测试结果为：密度：8.5g/cm3；硬度：50HB；抗弯强度：39Mpa；内耗值：6.3×10-2；超高压冲击测试，稳定时间：＞17μs。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明权利要求的范围。