一种提高吸声性能的开孔型多孔玻璃的制作方法

本发明是耳蜗结构中内衬材料，涉及声学材料领域，具体为一种通过改变开孔型多孔玻璃的表面及内部结构提高其吸声性能的方法，可以提高耳蜗结构吸声性能的有效方法。

背景技术：

随着人类的进步，人们对于生活的追求发生改变，追求身心更加舒适的生活环境。在人居住和工作空间中，噪声已成为损害健康、影响工作效率的环境污染之一，与大气污染、水污染并成为三大污染。

经济、交通运输、城市建筑的发展，家庭设施(音响、空调、电视机等)的增多，使得噪声具有局部性、暂时性和多发性的特点。工业生产快速实现自动化，各种生产设备的逐渐增多，生产设备集中，生产流水化，噪声呈现连续、宽频和高声压级的特征并不断恶化，使人们对安静环境的要求越来越迫切。

吸声材料广泛应用在各行各业中，其中应用最为广泛的一类是多孔材料，具有优异吸声性能。近年研究十分活跃的有泡沫玻璃、多孔金属(如泡沫金属铝)和金属多孔纤维毡等，具有宽频带和高吸声系数等特点。这些硬质骨架的多孔材料具有开孔型结构才具备优异的吸声性能，闭孔型结构不具备吸声性能，但有隔声和保温作用。吸声材料在应用时，为了提高吸声效果而增加材料的厚度，这样造成材料用量增加，重量增加，成本上升；另外，如果降噪方案中给出的空间不够，材料将无法使用，因此，提高多孔材料本身的吸声性能，是非常重要的。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种提高吸声性能的开孔型多孔玻璃，通过在开孔型多孔玻璃表面设计不同孔径、不同深度以及不同孔排布方式，进行打孔，实现开孔型多孔玻璃吸声性能的显著提高。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种提高吸声性能的开孔型多孔玻璃，包括在玻璃的一个表面或正反面分别按照一定的孔隙率打孔制备的开孔型多孔玻璃，在所述开孔型多孔玻璃的一个表面或正反面分别设有开孔，所述开孔为连通或不连通的盲孔。

对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案：

进一步的，开设在所述开孔型多孔玻璃的正反面的连通或不连通的盲孔在玻璃的正反面相互交错分布。

进一步的，所述不连通开孔为圆形孔、方形孔、锥形孔或异型孔。

进一步的，所述不连通开孔呈均匀排布或非均匀排布。

进一步的，所述不连通开孔的孔径分布为均孔径或孔径不同。

进一步的，所述连通开孔呈螺旋排布，所述螺旋排布为圆螺旋或方螺旋排布。

进一步的，所述开孔型多孔玻璃孔径小于1.0mm。

进一步的，所述开孔孔径不小于1mm；孔隙率为55～75％，打孔率不低于0.5％，打孔孔径为2～2.5mm，孔深为玻璃材料厚度的10～90％。

与开孔型多孔玻璃相比，在其表面进行孔结构设计及进行打孔，该方法具有以下优势：

1.本发明在上述参数范围内进行改变时，开孔型多孔玻璃表面及内部孔结构结构改变后，平均吸声系数较之前可提高5.9％—82％。

2.本发明在上述参数范围内进行改变时，开孔型多孔玻璃表面及内部孔结构改变后，吸声的下限频率较之前变化不大，即对其吸声频域影响不大。

3.本发明在上述参数范围内进行改变时，开孔型多孔玻璃材料的厚度不变，其吸声性能显著提高，材料容重更小，应用更广。

4.本发明还可以通过深入的分析和优化，充分合理地改变开孔型多孔玻璃吸声性能。

5.该结构加工成本低廉，工艺简单，操作容易。对通用的开孔型泡沫金属和陶瓷同样适用。

附图说明

图1为开孔型多孔玻璃表面打均匀孔示意图；

图中：11.开孔型多孔玻璃；12.开孔(多孔玻璃表面均匀孔)；

图2为开孔型多孔玻璃表面打方螺旋孔示意图；

图中：11.开孔型多孔玻璃；12.开孔(多孔玻璃表面螺旋孔)；

图3为开孔型多孔玻璃表面打螺旋孔示意图；

图中：11.开孔型多孔玻璃；12.开孔(多孔玻璃表面方形螺旋孔)；

图4为在孔隙率为0.76的多孔玻璃表面均匀打孔，打孔率5.3％，打孔孔径2mm，打孔深度为10mm的多孔玻璃的吸声系数曲线；

图中：1表示打孔前多孔玻璃的吸声曲线；2表示打孔后正面测试的吸声曲线；正面测试是指打孔面面向声源进行测试(以下同)；

图5为在孔隙率为0.64的多孔玻璃表面均匀打孔，打孔率8.4％，打孔孔径2.4mm，打孔深度为10mm的多孔玻璃的吸声系数曲线；

图中：1表示打孔前多孔玻璃的吸声曲线；2表示打孔后正面测试的吸声曲线；

图6为在孔隙率为0.72的多孔玻璃表面打方螺旋孔，打孔率7.1％，打孔孔径2.2mm，打孔深度为10mm的多孔玻璃的吸声系数曲线；

图中：1表示打孔前多孔玻璃的吸声曲线；2表示打孔后正面测试的吸声曲线；

图7为在孔隙率为0.64的多孔玻璃表面双面螺旋错位打孔，正反两面打孔率5.7％，打孔孔径2.0mm，打孔深度为10mm的多孔玻璃的吸声系数曲线；

图中：1表示打孔前多孔玻璃的吸声曲线；2表示打孔后正面测试的吸声曲线；3表示打孔后反面测试的吸声曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

如图1-3所示，本发明的一种提高吸声性能的开孔型多孔玻璃，包括在玻璃的一个表面或正反面分别按照一定的孔隙率打孔制备的开孔型多孔玻璃11，在开孔型多孔玻璃11的一个表面或正反面分别设有开孔12，所述开孔12为连通或不连通的盲孔。

在降噪过程使用开孔型多孔玻璃时，面向声源的表面称为正面，背向声源的面称为反面。分别在正面、反面及双面设计不同孔径、孔深度、打孔率以及孔的排布方式等，直接对开孔型多孔玻璃吸声性能产生影响。

设计多孔玻璃上的开孔孔径范围不小于1mm。开孔深度范围10％—90％的材料厚度；开孔打孔率不低于0.5％(打孔率指的是打孔的面积占表面的百分数)；正反面孔排布方式有均匀排布、非均匀排布、螺旋排布、方螺旋排布等；双面穿插打孔排布方式有均匀排布、非均匀排布、螺旋排布、方螺旋排布及周期排布等；孔形状可以是圆形孔、方形孔、锥形孔、不规则孔以及孔与孔之间可以连通等；可进行混合不同孔径进行打孔；开孔型多孔玻璃本身的孔径应小于1.0mm。

本发明的原理是：声波在进入材料的过程中，遵循特性阻抗匹配原理，即材料的表面阻抗越接近空气的特性阻抗，声音越容易导入材料。在多孔材料表面打孔，可以减小材料的表面声阻抗，使其接近空气的声阻抗，有利于声音导入。因此在多孔材料中进行表面及内部孔结构设计，其目的在于声波导入容易，进入后，部分声波在打孔的孔道中传播，增加声波的路径，使多孔材料的吸声作用增大，从而提高多孔材料的吸声性能。

下面给出具体实施例来进一步说明本发明。

1.开孔型多孔玻璃制备

开孔型多孔玻璃的制备采用盐模烧结法，制备出孔隙率为0.55—0.75的多孔玻璃，平均孔径为0.15mm毫米的多孔玻璃，厚度(h)为20mm。

2.表面结构设计

1)在多孔玻璃表面均匀打孔(正面)

多孔玻璃孔隙率为0.76，厚度20mm，打孔率为5.3％，打孔孔径2mm，打孔深度为0.5h，即打孔深度为10mm，正面打孔。表面结构如图1所示。未打孔前，多孔玻璃的平均吸声系数为0.63，打孔后正面平均吸声系数为0.81，提高28.5％，吸声性能得到显著提高，吸声系数曲线如图4所示。反面吸声系数为0.65，吸声性能提高很少。

多孔玻璃孔隙率为0.64，厚度20mm，打孔率8.4％，打孔孔径2.4mm，打孔深度0.5h，即打孔深度10mm，正面打孔。表面结构如图1所示。未打孔前，多孔玻璃的平均吸声系数为0.39，打孔后正面平均吸声系数为0.71，提高82％，吸声性能得到显著提高，吸声系数曲线如图5所示。反面吸声系数为0.4，吸声系数改善很小。

2)在多孔玻璃表面打方螺旋孔(正面孔不连通)

多孔玻璃孔隙率0.72，厚度20mm，打孔深度0.5h，打孔孔径2.2mm，打孔率7.1％打孔，表面呈螺旋状。表面结构如图2所示。未打孔前，多孔玻璃的平均吸声系数为0.51，打孔后正面平均吸声系数为0.81，提高58.8％，吸声性能得到显著提高，吸声系数曲线如图6所示。反面吸声系数为0.52，吸声系数改善很小。

3)在多孔玻璃双面螺旋错位打孔(正反面孔连通)

多孔玻璃孔隙率0.64，厚度20mm，打孔深度10mm，打孔孔径2.0mm，正反两面打孔率均为5.7％，双面螺旋错位打孔。正反表面结构如图3所示。未打孔前，多孔玻璃的平均吸声系数为0.39，打孔后正面吸声系数为0.65，反面为0.62；正面吸声系数提高66.7％，反面提高59％。双面错位打孔可以提高多孔玻璃的正反两面的吸声性能。吸声曲线如图7所示。

4)各种打孔参数对多孔玻璃吸声性能

通过不同的打孔参数，可以得到打孔后多孔玻璃的吸声性能，如表1所示。

表1打孔前后多孔玻璃的吸声性能对比

从上述实施例可以看出，本发明提高吸声性能的开孔型多孔玻璃，在开设开孔后，其平均吸声系数较之前可提高5.9％—82％。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。