غشاء اهتزازي من الماس وطريقة تصنيعه

تعتمد طريقة تصنيع غشاء اهتزازي ماسي على تمرير طاقة غير منتظمة (مثل سلك مقاوم حراري، أو بلازما، أو لهب) لإثارة غاز متفكك فوق قالب. وتؤدي الاختلافات في المسافة بين السطح المنحني للقالب والطاقة غير المنتظمة المُثيرة للغاز إلى تأثيرات تسخين مختلفة. عند طلاء سطح القالب بمادة الماس، يختلف نمو هذه المادة، مما يُكسب غشاء الاهتزاز الماسي خصائص اهتزاز غير متجانسة، وبالتالي نطاق تردد صوتي أوسع.
عند اختيار مادة غشاء مكبر الصوت، تُعدّ الصلابة وخصائص التخميد من الاعتبارات الرئيسية. تحدد الصلابة التردد الطبيعي للمادة، حيث يكون التردد الطبيعي للمواد ذات الصلابة العالية مرتفعًا نسبيًا، والعكس صحيح، أي أن التردد الطبيعي للمواد ذات الصلابة المنخفضة يكون منخفضًا أيضًا. تُسهم المواد ذات خصائص التخميد الجيدة في جعل استجابة اهتزاز الغشاء أكثر سلاسة، مما يُحسّن مستوى ضغط الصوت الناتج عنه.

تشمل المواد الشائعة التقليدية لأغشية الاهتزاز الورق، والبوليمرات البلاستيكية، والمعادن (مثل البريليوم والتيتانيوم والألومنيوم)، والسيراميك، وغيرها. يتميز الورق والبوليمرات بخصائص تخميد جيدة، لكنهما يفتقران إلى الصلابة الكافية، مما يجعلهما عرضة للتلف، كما أن صلابتهما المنخفضة لا تكفي لتحديد تردد التشغيل الأقصى. على الرغم من أن أغشية الاهتزاز المعدنية تتمتع بصلابة أفضل، إلا أن المعادن عالية الصلابة مثل البريليوم والتيتانيوم باهظة الثمن وصعبة التصنيع. كما أن المواد السيراميكية تعاني من تعقيد عمليات التلبيد. بفضل خصائصها الميكانيكية الممتازة وقوتها، تُعد مادة الماس مناسبة لتصنيع أغشية خفيفة الوزن وعالية الصلابة، ويمكن استخدامها في مكبرات الصوت متوسطة وعالية التردد. يتم توليد الصوت المطلوب من خلال تردد اهتزاز الغشاء. كلما زاد تردد اهتزاز الغشاء، زادت متطلبات القوة الميكانيكية والجودة المطلوبة، ويمكن تحقيق هذا الهدف باستخدام مادة الماس في تصنيع الغشاء.

بشكل عام، يمتلك الغشاء المهتز حدًا أقصى لتردد استجابته. ومع ذلك، وبغض النظر عما إذا كان الغشاء مصنوعًا من الماس أو مواد أخرى، فإن التردد الطبيعي يقتصر على نطاق محدد نظرًا لتجانس خصائص المادة، مما يحد من نطاق تردده. كما أن خصائص التخميد والصلابة لا يمكن تغييرها بشكل عشوائي، مما يحد من جودة الصوت ونبرته. لذلك، لتغطية نطاق التردد المقبول للأذن البشرية، عادةً ما يلزم استخدام عدة أغشية ذات نطاقات تردد وحدود عليا مختلفة في آن واحد لتحقيق أفضل تأثير صوتي. ولهذا السبب، توجد في التقنيات السابقة تقنية استخدام مواد مختلفة لتصنيع الغشاء المهتز على شكل أجزاء. يُصنع الجزء المركزي من الغشاء من مادة عالية الصلابة، بينما تُصنع الحلقة الخارجية من مادة منخفضة الصلابة. ثم يتم دمج هذين الجزأين معًا لتكوين غشاء مهتز واحد ذي صلابتين وسماكتين مختلفتين، مما يتيح له تغطية نطاق تردد أوسع. مع ذلك، فإن سمك طبقة التشحيم الاهتزازية عادةً ما يكون رقيقًا للغاية، مما يجعل عملية الربط صعبة. وإذا ما طُبقت على مواد الماس، فإن تقنية الربط وعامل الربط يمثلان تحديًا كبيرًا، لذا يصعب تطبيقها على مواد الماس.

لحل المشكلات المذكورة أعلاه، يقترح هذا الاختراع غشاءً مهتزاً من الماس وطريقة تصنيعه، والتي يمكنها تغيير الصلابة والسماكة وخصائص التخميد لمناطق مختلفة على غشاء الماس المهتز، بحيث يتمتع بخصائص اهتزاز غير منتظمة ويغطي نطاق تردد واسع.
وفقًا للغشاء المهتز الماسي وطريقة تصنيعه الموضحة في هذا الاختراع، يتم توفير قالب ذي سطح منحني، وتمر طاقة غير متجانسة (غير متجانسة) تعمل على إثارة غاز متفكك عبر الجزء العلوي من القالب لتوليد درجة حرارة عالية لتسخين القالب بحيث يكون سطح القالب ذا توزيع غير متساوٍ لدرجة الحرارة.

على سبيل المثال مع
1. سلك المقاومة الحرارية هو النقطة المركزية (منطقة الطاقة الأعلى)، ويظهر تركيز مادة التفاعل توزيعًا حلقيًا غير متساوٍ.
2. بسبب تأثيرات الطول الموجي والسعة والموجات المستقرة على البلازما المثارة بواسطة طاقة عالية التردد، فإن تركيز المواد المتفاعلة يظهر شكلاً كروياً بتوزيع غير منتظم.
3. تتلاشى طاقة اللهب للخارج من المنطقة المركزية، ويظهر تركيز المواد المتفاعلة توزيعًا متباعدًا غير متساوٍ.
تتناقص درجة الحرارة وتركيز مادة التفاعل الناتجين عن الطاقة المذكورة أعلاه بسرعة باتجاه الخارج بالتتابع؛ ولذلك، تتلامس مواضع مختلفة من سطح القالب مع مناطق مختلفة من تركيز مادة التفاعل، مما يؤدي إلى نمو أغشية ماسية ذات حالات هيكلية وسماكات مختلفة، ما يجعل مادة الماس غير متجانسة (غير منتظمة) في خصائص الاهتزاز، مثل السماكة أو الصلابة، حيث يظهر توزيع غير منتظم. بعد ذلك، تُزال طبقة الماس الرقيقة من القالب لتشكيل غشاء اهتزازي ماسي. تشمل الحالات الهيكلية لمواد الماس البلورات الميكروية والبلورات النانوية، وما إلى ذلك.
وفقًا لغشاء الاهتزاز الماسي المصنّع وفقًا لهذا الاختراع، فإن صلابته وسُمكه غير متجانسين؛ إذ تكون الصلابة عالية في المنطقة الوسطى، ومنخفضة في منطقة الحواف؛ ويكون سُمك المنطقة الوسطى كبيرًا، بينما يكون سُمك منطقة الحواف صغيرًا. وتتأثر خصائص الاهتزاز لكل جزء بالصلابة، كما أن تأثير السُمك يؤدي إلى اختلاف الترددات الطبيعية، مما يمنح غشاء الماس نطاق تردد أوسع.

وصف الرسومات
1A-1D هي مخططات تخطيطية لعملية إنتاج النموذج المفضل الأول للاختراع الحالي؛
الشكل 2A هو المنظر العلوي لقالب النموذج المفضل الأول؛
الشكل 2ب هو المنظر الجانبي لقالب النموذج المفضل الأول؛
الشكل 3 هو شكل تحليل التردد والحجم للتجسيد المفضل الأول والفن السابق؛ و
4A-4D هي مخططات توضيحية لعملية تصنيع النموذج المفضل الأول للاختراع الحالي.

ومن بينها، علامات مرجعية:
10 قوالب
12 الطبقة الاهتزازية الأولى
طبقة اهتزازية لمدة 14 ثانية
20 سلك مقاومة حرارية
أسطح القوالب أ، ب، ج، د