Màng rung kim cương và phương pháp sản xuất của nó

Màng rung kim cương và phương pháp chế tạo của nó hoạt động bằng cách truyền năng lượng không đồng đều (như dây điện trở nhiệt, plasma, ngọn lửa) để kích thích khí phân ly phía trên khuôn. Khoảng cách giữa bề mặt cong của khuôn và nguồn năng lượng không đồng đều kích thích khí phân ly tạo ra các hiệu ứng gia nhiệt khác nhau. Khi vật liệu kim cương được phủ lên bề mặt khuôn, sự phát triển của vật liệu kim cương sẽ khác nhau, do đó màng rung kim cương có đặc tính rung không đồng nhất, nhờ đó màng rung kim cương có băng thông âm thanh rộng hơn.
Khi lựa chọn vật liệu màng rung, các yếu tố chính cần xem xét là độ cứng và đặc tính giảm chấn. Độ cứng quyết định tần số tự nhiên của vật liệu, tần số tự nhiên của vật liệu có độ cứng cao tương đối cao, và ngược lại, tần số tự nhiên của vật liệu có độ cứng thấp cũng thấp. Vật liệu có đặc tính giảm chấn tốt có thể giúp màng rung có phản hồi rung động mượt mà hơn, làm cho mức áp suất âm thanh đầu ra của màng rung êm hơn.

Các vật liệu màng rung truyền thống thường được sử dụng bao gồm giấy, nhựa polymer, kim loại (Be, Ti, Al), gốm sứ, v.v. Giấy và vật liệu polymer có đặc tính giảm chấn tốt, nhưng độ cứng kém và dễ bị hư hỏng, độ cứng thấp không đủ để giới hạn tần số hoạt động tối đa của chúng. Mặc dù màng rung kim loại có độ cứng tốt hơn, nhưng các kim loại có độ cứng cao như Be, Ti, v.v. lại đắt tiền và khó gia công. Vật liệu gốm sứ cũng gặp vấn đề về quy trình thiêu kết phức tạp. Do tính chất cơ học và độ bền tuyệt vời của vật liệu kim cương, nó phù hợp để chế tạo màng rung nhẹ, độ cứng cao và có thể được sử dụng trong loa tần số trung và cao. Âm thanh mong muốn được tạo ra thông qua tần số rung của màng rung. Tần số rung của màng rung càng cao, yêu cầu về độ bền cơ học và chất lượng của màng rung càng khắt khe, và việc sử dụng vật liệu kim cương để chế tạo màng rung có thể đạt được mục tiêu này.

Nhìn chung, màng rung có giới hạn trên về tần số đáp ứng. Tuy nhiên, bất kể màng rung được làm bằng kim cương hay vật liệu khác, tần số tự nhiên đều bị giới hạn trong một phạm vi cụ thể do tính chất vật liệu tổng thể đồng nhất, điều này hạn chế hiệu suất băng thông của nó. Đặc tính giảm chấn và độ cứng không thể thay đổi tùy ý, điều này hạn chế chất lượng âm thanh và hiệu suất âm sắc. Do đó, nếu muốn bao phủ dải tần số mà tai người có thể chấp nhận được, thông thường cần phải thiết lập nhiều màng rung với băng thông và giới hạn trên tần số khác nhau cùng một lúc để đạt được hiệu quả âm thanh tốt nhất. Vì vậy, trong kỹ thuật trước đây, có một công nghệ sử dụng các vật liệu khác nhau để chế tạo màng rung theo từng phần. Phần trung tâm của màng rung được làm bằng vật liệu có độ cứng cao, và vòng ngoài được làm bằng vật liệu có độ cứng thấp. Sau đó, hai phần này được ghép lại để tạo thành một màng rung duy nhất có hai độ cứng và độ dày vật liệu khác nhau cùng một lúc, và có thể bao phủ băng thông lớn hơn. Tuy nhiên, độ dày của màng rung thường cực kỳ mỏng, và công việc ghép nối rất khó khăn. Nếu ứng dụng vào vật liệu kim cương, công nghệ liên kết và chất kết dính của nó là những vấn đề rất lớn, do đó việc ứng dụng vào vật liệu kim cương không dễ dàng.

Để giải quyết các vấn đề nêu trên, phát minh này đề xuất một màng rung kim cương và phương pháp chế tạo nó, có thể thay đổi độ cứng, độ dày và đặc tính giảm chấn của các vùng khác nhau trên màng rung kim cương, sao cho nó có đặc tính rung không đồng đều và bao phủ một dải tần số rộng.
Theo màng rung kim cương và phương pháp sản xuất được mô tả trong phát minh này, một khuôn có bề mặt cong được cung cấp, và một nguồn năng lượng không đồng nhất (không đồng đều) kích thích khí phân ly đi qua đỉnh của khuôn để tạo ra nhiệt độ cao làm nóng khuôn, do đó bề mặt của khuôn có sự phân bố nhiệt độ không đều.

Ví dụ với
1. Dây điện trở nhiệt là điểm trung tâm (vùng có năng lượng cao nhất), và nồng độ chất phản ứng phân bố không đều theo dạng vòng.
2. Do ảnh hưởng của bước sóng, biên độ và sóng dừng lên plasma được kích thích bởi năng lượng tần số cao, nồng độ các chất phản ứng có dạng hình cầu với sự phân bố không đồng đều.
3. Năng lượng ngọn lửa giảm dần từ vùng trung tâm ra ngoài, và nồng độ các chất phản ứng phân bố không đồng đều.
Nhiệt độ và nồng độ chất phản ứng được tạo ra bởi năng lượng trên giảm nhanh chóng theo trình tự từ trong ra ngoài; do đó, các vị trí khác nhau trên bề mặt khuôn tiếp xúc với các vùng có nồng độ chất phản ứng khác nhau để tạo ra các màng kim cương có trạng thái cấu trúc và độ dày khác nhau, khiến vật liệu kim cương có đặc tính rung không đồng nhất, chẳng hạn như độ dày hoặc độ cứng có sự phân bố không đồng đều, và sau đó màng kim cương mỏng được lấy ra khỏi khuôn để tạo thành màng kim cương rung. Các trạng thái cấu trúc của vật liệu kim cương bao gồm vi tinh thể (Micro-crystal), nano tinh thể (Nano-crystal), v.v.
Theo màng rung kim cương được chế tạo theo phát minh này, độ cứng và độ dày của nó không đồng đều, độ cứng ở vùng giữa cao, độ cứng ở vùng rìa thấp, độ dày ở vùng giữa lớn và độ dày ở vùng rìa nhỏ. Đặc tính rung của mỗi phần bị ảnh hưởng bởi độ cứng và độ dày, dẫn đến các tần số tự nhiên khác nhau, do đó màng rung kim cương có thể có băng thông rộng hơn.

Mô tả bản vẽ
Hình 1A-1D là sơ đồ minh họa quy trình sản xuất của phương án thực hiện ưu tiên đầu tiên của phát minh này;
Hình 2A là hình chiếu từ trên xuống của khuôn mẫu trong phương án thực hiện ưu tiên đầu tiên;
Hình 2B là hình chiếu cạnh của khuôn trong phương án thực hiện ưu tiên đầu tiên;
Hình 3 là hình phân tích tần số và khối lượng của phương án thực hiện ưu tiên đầu tiên và các công nghệ trước đó; Và
Hình 4A-4D là sơ đồ minh họa quy trình sản xuất của phương án thực hiện ưu tiên đầu tiên của phát minh này.

Trong số đó, có các dấu hiệu tham chiếu:
10 khuôn
12 Lớp rung động đầu tiên
Lớp rung động thứ 14
20 dây điện trở nhiệt
Bề mặt khuôn A, B, C, D