多孔吸聲材料—材料

1、多孔吸聲材料,專業(yè)：材料工程 學(xué)生：賈彬浩,背景: -隨著現(xiàn)代工業(yè)和交通運輸事業(yè)的發(fā)展, 環(huán)境污染也隨著產(chǎn)生, 噪聲污染是當(dāng)今世界污染的三大問題之一, 噪聲不僅危害人的聽覺系統(tǒng), 使人疲倦、耳聾, 而且還會加速建筑物和機械結(jié)構(gòu)的老化, 影響設(shè)備及儀表的精度和使用壽命。因此吸聲降噪逐漸演變成為一個有關(guān)高科技、環(huán)境以及人類協(xié)調(diào)發(fā)展急需解決的重要課題。 生活常識舉例：在冬天，一場大雪過后， 人們會感到窗外萬籟俱寂。這是怎么回事,1 背景說明及生活常識舉例,生活常識舉例： 原來，剛下過的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔。當(dāng)外界的聲波傳入這些小氣孔時便要發(fā)生反射。由于氣孔往往是內(nèi)部大而口徑小。所以

2、，僅有少部分波的能量能通過出口反射回來， 而大部分的能量則被吸收掉了， 從而導(dǎo)致自然界聲音的大部分能量均被這個表面層吸收， 故出現(xiàn)了萬籟俱寂的場面。 根據(jù)疏松多孔的材料對聲音的這種特性， 人們制造出了吸聲材料，即多孔吸聲材料。 多孔吸聲材料必須具有大量微孔，且微孔必須通到材料制品表面，使空氣能夠自由進入，才能達到吸聲效果,1 背景說明及生活常識舉例,2 吸聲材料的分類,吸聲機理,共振吸聲結(jié)構(gòu)的材料,多孔吸聲結(jié)構(gòu)的材料,2 吸聲材料的分類,2.1 共振吸聲結(jié)構(gòu)材料 結(jié)構(gòu)特性：為亥姆霍茲共鳴器式結(jié)構(gòu), 它是利用 入射聲波在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生共振, 從而使大量能量耗逸。利用了共振原理, 因而吸聲的頻帶較窄。

3、 2.2 多孔吸聲結(jié)構(gòu)材料 結(jié)構(gòu)特征：材料內(nèi)部具有大量互相連通的微孔或間隙, 而且孔隙細小且在材料內(nèi)部均勻分布,2 吸聲材料的分類,2.2 多孔吸聲材料 吸聲機理：當(dāng)聲波入射到材料表面時, 一部分在材料表面反射, 另一部分則透人到材料內(nèi)部向前傳播, 在傳播過程中, 引起孔隙中的空氣運動, 與形成孔壁的固體孔筋或孔壁發(fā)生摩擦, 由于粘滯性和熱傳導(dǎo)效應(yīng), 將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌簟?聲波在剛性壁面反射后, 經(jīng)過材料回到表面時, 一部分聲波透射到空氣中, 一部分又反射回材料內(nèi)部, 聲波通過這種反復(fù)傳播, 使能量不斷轉(zhuǎn)換耗散, 如此反復(fù), 直到平衡, 由此使材料吸收部分聲能,2 吸聲材料的分類,2.2

4、多孔吸聲結(jié)構(gòu)材料,分類,泡沫類吸聲材料,纖維類吸聲材料,2 吸聲材料的分類,2.2 多孔吸聲結(jié)構(gòu)材料 2.2.1纖維類吸聲材料按其選材的物理特性和外觀主要分為有機纖維吸聲材料、無機纖維吸聲材料、金屬纖維吸聲材料?，F(xiàn)在的研究中, 更注重各種纖維材料在實際中的應(yīng)用,2 吸聲材料的分類,2.2 多孔吸聲結(jié)構(gòu)材料 2.2.2泡沫吸聲結(jié)構(gòu)材料,分類,閉孔泡沫,半開孔孔泡沫,開孔泡沫,2 吸聲材料的分類,2.2.2泡沫吸聲結(jié)構(gòu)材料 閉孔泡沫材料：閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫金屬材料,以閉孔泡沫鋁為代表, 閉孔泡沫鋁的吸聲系數(shù)比較低, 是由于聲波很難到達孔隙內(nèi)部, 與其內(nèi)部相互作用, 僅有一些裂縫和微孔, 本身并不能作為

5、良好的吸聲材料,閉孔泡沫鋁宏觀照片 Typical structure of close celled aluminum foam,2 吸聲材料的分類,2.2.2泡沫吸聲結(jié)構(gòu)材料 半開孔泡沫材料：半開孔泡沫鋁, 可以通過高壓滲流制備, 在其制備過程中, 通過控制制備參數(shù), 來達到預(yù)計的孔連接性,半開孔泡沫鋁宏觀照片 Typical structure of semi open celled aluminum foam,2 吸聲材料的分類,2.2.2泡沫吸聲結(jié)構(gòu)材料 開孔泡沫材料：現(xiàn)在提出了把旋轉(zhuǎn)發(fā)泡法和顆粒浸出法結(jié)合起來的方法, 可以通過控制顆粒的形狀尺寸, 來控制孔隙率和孔形狀, 能夠制得孔

6、隙率為0.9 的高孔率材料, 由于開孔泡沫材料具有復(fù)雜的渠 道結(jié)構(gòu)以及表面粗糙的內(nèi) 部空隙, 導(dǎo)致其具有較高 流阻, 所以開孔泡沫鋁的 整體吸聲性能要比閉孔 的好的多,開孔泡沫鋁宏觀照片 Typical structure of open celled aluminum foam,3 影響吸聲材料的因素,3.1 空氣阻流的影響 空氣流阻：定義為材料兩面的靜壓差和氣流線速度之比, 它反映了空氣通過多孔材料時材料的透氣性。 流阻越大, 材料的透氣性就越小, 聲波越不容易深入材料內(nèi)部, 吸聲性能會下降; 但流阻太小, 使聲能轉(zhuǎn)化為熱能的效率又會過低,3 影響吸聲材料的因素,3.2 空隙率的影響 孔隙

7、率：定義為材料中孔隙體積和材料總體積的比值。總體來說, 孔隙率越大, 泡沫金屬的吸聲系數(shù)越大。主要是因為孔隙度越大, 孔隙的曲折度越大, 內(nèi)部通道越復(fù)雜。當(dāng)聲音進入后, 發(fā)生漫反射和折射, 并且孔隙中的空氣隨之而振動, 由于孔隙壁的摩擦以及空氣粘滯阻力等而使得相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被耗散,吸聲系數(shù)與孔隙率的關(guān)系 Realtionship between sound-absorption coefficient and porsity,3 影響吸聲材料的因素,3.3 孔徑的影響 孔徑越小, 高頻吸聲性能越高, 低頻吸聲性能沒有很大變化,吸聲系數(shù)與孔徑的關(guān)系 Realtionship betw

8、een sound-absorption coefficient and hole size,3 影響吸聲材料的因素,3.4 厚度的影響 -多孔材料厚度增大時, 各個頻段的吸聲性能都有所增高, 這是因為多孔材料厚度增大時, 孔隙通道延長, 進人孔隙中的聲波經(jīng)多次能量損失之后, 才可以穿過多孔材料而到達其另一側(cè),吸聲系數(shù)與材料厚度的關(guān)系 Realtionship between sound-absorption coefficient and thickness,3 影響吸聲材料的因素,3.5 背后空腔的影響 -背后加空腔, 可以提高材料的低頻吸聲性能。提高空腔的深度, 可以提高吸收峰的寬度和高度, 并且使峰值向低頻方向移動。沒有空腔時, 耗散機制主要是粘滯和熱損耗, 有空腔后, 亥姆霍茲共振吸收占主要部分,4 未來展望及應(yīng)用,各類吸聲材料, 各具特色和使用價值。 多孔吸聲材料已廣泛應(yīng)用于噪聲管理, 雖然木質(zhì)纖維板、微穿孔板等也具有較好的降噪功能, 但其應(yīng)用范圍經(jīng)常受到強度和剛度不夠高的限制, 多孔金屬降噪材料具有高比強度、高比剛度、耐腐蝕、防火、防潮、無毒、美觀等良好特性。 用于大城市高架橋吸聲底襯、高速公