一種超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)及其制備方法，該表面織構(gòu)類型為凹坑，凹坑直徑為200?400μm，深度為89.77?108.5μm，面積密度為3.14%?12.55%；其制備方法為首先將聚酰亞胺復(fù)合材料切片并打磨至粗糙度小于0.1μm；然后利用激光刻蝕技術(shù)對步驟A）材料的打磨面進行表面凹坑構(gòu)筑，最后將聚酰亞胺復(fù)合材料反面粘貼至超聲電機鋁合金轉(zhuǎn)子表面；利用該技術(shù)制備表面微結(jié)構(gòu)簡單高效，成本低廉，尺寸可靠，分布均勻，能夠有效提高超聲電機接觸界面的運行穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)子摩擦材料使用壽命。
【專利說明】
一種超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及超聲電機領(lǐng)域，特別是一種超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲電機是20世紀80年代迅速發(fā)展并具有特殊應(yīng)用的一種新型微電機，其基于功能陶瓷的超聲波頻率的振動實現(xiàn)驅(qū)動，與傳統(tǒng)電機相比，具有低速大力矩輸出、功率密度高、起?？刂菩院谩⒍ㄎ痪_、無電磁干等優(yōu)點，在航空航天、精密儀器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]由于超聲電機通過摩擦界面輸送動力，因而界面的摩擦特性對超聲電機整體性能的發(fā)揮至關(guān)重要。目前超聲電機摩擦驅(qū)動模式為定子與轉(zhuǎn)子間的干摩擦，材料的磨損不可避免，由于磨損造成超聲電機使用壽命縮短以及預(yù)壓力發(fā)生變化，從而導(dǎo)致超聲電機輸出轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。
[0004]為了進一步提高超聲電機的速度穩(wěn)定性以及使用壽命，不僅需要選用高性能聚合物摩擦材料，還需要對超聲電機摩擦界面進行特殊加工與改性。目前國內(nèi)研究多集中在超聲電機摩擦材料的研究中，而在實踐中是將超聲電機轉(zhuǎn)子摩擦材料經(jīng)過機械研磨或金相砂紙打磨構(gòu)筑一定的粗糙度直接使用，并沒有對表面進行織構(gòu)化設(shè)計與加工。因此，發(fā)展超聲電機轉(zhuǎn)子摩擦材料表面微結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制備顯得尤為重要，此方法也是提高超聲電機使用壽命與穩(wěn)定性的重要途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提供一種超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)及其制備方法，以通過表面織構(gòu)提高超聲電機摩擦界面的穩(wěn)定性以及耐磨性，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
一種超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)，所述表面織構(gòu)為凹坑，凹坑直徑為200_400μπι，深度為89.77-108.5μπι，面積密度為 3.14%_12.55%。
[0006]進一步，一種如本發(fā)明所述超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)的制備方法，具體步驟如下:
Α)將聚酰亞胺復(fù)合材料切片至厚度為0.3-0.5mm，然后將一側(cè)表面打磨至粗糙度小于0.Ιμπι；
B)利用激光刻蝕技術(shù)對步驟Α)材料的打磨面進行表面凹坑構(gòu)筑，激光加工平均功率為20W，脈沖頻率20kHz，速度100mm/s，刻蝕循環(huán)次數(shù)3_5次；
C)將步驟B)獲得的材料粘貼至超聲電機鋁合金轉(zhuǎn)子表面，即獲得具有所述表面織構(gòu)的超聲電機轉(zhuǎn)子。
[0007]進一步，發(fā)明所述超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)的制備方法中，所述聚酰亞胺復(fù)合材料是這樣獲得的:
與現(xiàn)有轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
(1)、本發(fā)明利用激光刻蝕的凹坑分布均勻，尺寸可靠，摩擦性能穩(wěn)定；
(2)、該類表面織構(gòu)在超聲電機運行過程中能夠降低摩擦界面的磨粒磨損，從而可以提高超聲電機的運行穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)子摩擦材料使用壽命。
【附圖說明】
[0008]圖1為現(xiàn)有超聲電機轉(zhuǎn)子表面形貌圖(無織構(gòu))；
圖2為實施例1獲得的超聲電機用轉(zhuǎn)子表面微結(jié)構(gòu)電鏡圖；
圖3為實施例2獲得的超聲電機用轉(zhuǎn)子表面微結(jié)構(gòu)電鏡圖；
圖4為實施例3獲得的超聲電機用轉(zhuǎn)子表面微結(jié)構(gòu)電鏡圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0010]實施例中涉及的原料來源:
聚酰亞胺模塑粉平均粒徑為75μπι，購自上海合成樹脂研究所；
聚四氟乙烯的平均粒徑為30μπι，購自日本大金工業(yè)株式會社(上海分公司)；
石墨稀的橫向尺寸分布范圍為0.1-10μηι，厚度為lnm，購自南京吉倉納米科技有限公司；
芳綸纖維的直徑為7μπι，長度范圍為20?50mm，購自江蘇南通芳綸纖維有限公司；
硅酸鋁顆粒的平均粒徑為6.5μπι，購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
[0011]實施例1
本實施例中所使用聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法為:按照體積百分數(shù)計，將70%的聚酰亞胺和15%的聚四氟乙烯在酒精中球磨混合均勻，然后加入10%的芳綸纖維、1%的石墨烯、余量為硅酸鋁，充分混合均勻，然后進行120°C烘干、粉碎以及過200目篩。最后將混好的模料倒入模具中進行熱壓燒結(jié)成型，模壓溫度375°C，壓力15MPa，自然冷卻脫模，即獲得聚酰亞胺復(fù)合材料作為電機轉(zhuǎn)子摩擦材料。
[0012]具體制備步驟:
1、先將聚酰亞胺復(fù)合材料切片至0.5_，然后利用金相砂紙對材料進行單面打磨至表面粗糙度小于0.1ym；
2、將表面打磨好的摩擦材料利用激光刻蝕進行表面凹坑構(gòu)筑，激光加工平均功率為20W，脈沖頻率20kHz，速度100mm/s，刻蝕循環(huán)次數(shù)3次；
3、將刻蝕好的轉(zhuǎn)子摩擦材料反面(即未刻蝕面與轉(zhuǎn)子粘貼)用環(huán)氧膠粘貼至超聲電機鋁合金轉(zhuǎn)子表面供超聲電機使用。
[0013]本實施例獲得的轉(zhuǎn)子表面電鏡圖如圖2所示，經(jīng)檢測，該轉(zhuǎn)子表面凹坑的特征尺寸為:凹坑直徑200μπι，深度89.77μπι，面積密度3.14%。
[0014]實施例2
本實施例中使用的聚酰亞胺復(fù)合材料與實施例1中的成分和制備工藝相同，僅石墨烯的含量提高到2%(體積百分數(shù))。
[0015]具體制備步驟:
1、先將聚酰亞胺復(fù)合材料切片至0.5_，然后利用金相砂紙對材料進行單面打磨至表面粗糙度小于0.1ym；
2、將表面打磨好的摩擦材料利用激光刻蝕進行表面凹坑構(gòu)筑，激光加工平均功率為20W，脈沖頻率20kHz，速度lOOmm/s，刻蝕循環(huán)次數(shù)4次；
3、將刻蝕好的轉(zhuǎn)子摩擦材料反面粘貼至超聲電機鋁合金轉(zhuǎn)子表面供超聲電機使用。
[0016]本實施例獲得的轉(zhuǎn)子表面電鏡圖如圖3所示，經(jīng)檢測，該轉(zhuǎn)子表面凹坑的特征尺寸為:凹坑直徑300μηι，深度99.03μηι，面積密度7.06%。
[0017]實施例3
本實施例中使用的聚酰亞胺復(fù)合材料與實施例1中的成分和制備工藝相同，僅石墨烯的含量提高到3%(體積百分數(shù))。
[0018]具體制備步驟:
1、先將聚酰亞胺復(fù)合材料切片至0.5_，然后利用金相砂紙對材料進行單面打磨至表面粗糙度小于0.1ym；
2、將表面打磨好的摩擦材料利用激光刻蝕進行表面凹坑構(gòu)筑，激光加工平均功率為20W，脈沖頻率20kHz，速度100mm/s，刻蝕循環(huán)次數(shù)5次；
3、將刻蝕好的轉(zhuǎn)子摩擦材料反面粘貼至超聲電機鋁合金轉(zhuǎn)子表面供超聲電機使用。
[0019]本實施例獲得的轉(zhuǎn)子表面電鏡圖如圖4所示，經(jīng)檢測，該轉(zhuǎn)子表面凹坑的特征尺寸為:凹坑直徑400μηι，深度108.5μηι，面積密度12.55%。
[0020]將實施例1-3中采用具有表面織構(gòu)的轉(zhuǎn)子裝配成TRUM60A型電機(江蘇豐科超聲電機科技有限公司)，然后利用基于NI ΡΧΙ-2705數(shù)字信號采集卡的超聲電機速度特性測試系統(tǒng)測試電機的速度波動情況，與無織構(gòu)電機(該電機原轉(zhuǎn)子)相比，實施例1至3中速度波動范圍分別降低了 18.3%，21.2%，20.6%。從檢測摩擦材料磨損量(磨損前后用電子天平稱重)來看，具有織構(gòu)化表面的轉(zhuǎn)子運行200小時后的磨損量分別降低了 3.7%，4.1%，4.0%。可見，該表面織構(gòu)可以提高超聲電機的運行穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)子摩擦材料使用壽命。
【主權(quán)項】
1.一種超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)，其特征在于，所述表面織構(gòu)類型為凹坑，凹坑直徑為200-400μπι，深度為89.77-108.5μπι，面積密度為 3.14%-12.55%。2.如權(quán)利要求1所述超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: Α)將熱壓成型的聚酰亞胺復(fù)合材料切片至厚度為0.3-0.5mm，然后將一側(cè)表面打磨至粗糙度小于0.Um; B)利用激光刻蝕技術(shù)對步驟A)材料的打磨面進行表面凹坑構(gòu)筑，激光加工平均功率為20W，脈沖頻率20kHz，速度100mm/s，刻蝕循環(huán)次數(shù)3_5次； C)將步驟B)獲得的材料粘貼至超聲電機鋁合金轉(zhuǎn)子表面，即獲得具有表面織構(gòu)的超聲電機轉(zhuǎn)子。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超聲電機轉(zhuǎn)子表面織構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述聚酰亞胺復(fù)合材料是這樣獲得的:按照體積百分數(shù)計，將70%的聚酰亞胺和15%的聚四氟乙烯混合均勻，然后加入10%的芳綸纖維、1%-3%的石墨烯，余量為硅酸鋁，充分混合均勻后于120°C烘干、粉碎并過200目篩;最后熱壓燒結(jié)成型，模壓溫度375°C，壓力15MPa，自然冷卻脫模，即獲得所述聚酰亞胺復(fù)合材料。
【文檔編號】H02N2/12GK105897046SQ201610238832
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】趙蓋, 宋敬伏, 劉曉亮, 丁慶軍, 裘進浩
【申請人】南京航空航天大學(xué)