ES2938074T3 - Promotor de adherencia para hidrófono piezocerámico - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un hidrófono piezocerámico que comprende al menos los siguientes elementos: una primera semiesférica (1) y una segunda semiesférica (2) que han sido ensambladas para formar una esfera hueca (3); donde la primera capa hemisférica (1) y la segunda capa hemisférica (2) comprenden un material piezoeléctrico polarizado radialmente (9) y la primera capa hemisférica (1) y la segunda capa hemisférica (2) tienen una capa externa (4) y la capa externa (4) contiene compuestos de plata y/o silicio; una conexión de contacto eléctrico (5) de la primera carcasa hemisférica (1) y la segunda carcasa hemisférica (2); y un recubrimiento polimérico (6) de la esfera hueca (3); (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Promotor de adherencia para hidrófono piezocerámico
La invención se refiere a un hidrófono piezocerámico, a un sonar pasivo, a un navio de superficie o subacuático, que comprende el sonar pasivo de acuerdo con la invención, a un procedimiento para fabricar un hidrófono piezocerámico y al uso del hidrófono piezocerámico.
Los sistemas de localización subacuática, como los sistemas SONAR (sound navigation and ranging) se han utilizado durante más de cien años, sobre todo, en aplicaciones militares. En este sentido, se debe hacer una distinción esencial entre sistemas de posicionamiento (sonar) activos y pasivos. Mientras que los sistemas activos, por ejemplo, el sistema ASDIC (Anti Submarine Detection Investigation Committee) desarrollado durante la Segunda Guerra Mundial, transmiten y reciben ondas sonoras, en los sistemas pasivos solo se reciben y evalúan a continuación las señales emitidas por el entorno. La ventaja de los sistemas pasivos es que no emiten ninguna señal propia localizable. Sin embargo, la localización espacial precisa de objetos bajo el agua es más difícil usando solo sistemas pasivos. Por tanto, en muchos navíos de superficie y subacuáticos por regla general se utilizan sistemas de sonar tanto pasivos como activos, en función de las características de la tarea.
En los hidrófonos conocidos, dos mitades de esfera hueca están unidas formando una esfera hueca. El documento DE 102 12291 C1 y el documento US 6.029.113 A divulgan mitades de esfera hueca compuestas de un material piezocerámico. Las mitades de esfera hueca están polarizadas en sentidos contrarios y de cada esfera hueca está conectado un electrodo interno y uno externo a través de una resistencia a un amplificador de tensión inverso. También se puede encontrar una estructura a modo de ejemplo de un hidrófono en el documento DE 10 2008 029 269 A1, [0002], [0007]-[0008] y [0018]-[0024].
La esfera hueca propiamente dicha se apantalla también a menudo frente a influencias externas como la humedad y la suciedad con un revestimiento polimérico. En cuanto a la velocidad del sonido y la estabilidad a largo plazo del material, este revestimiento polimérico debe adaptarse para su uso en conexión con un hidrófono.
La eficacia y el apantallamiento del revestimiento polimérico dependen en gran medida de la conexión con la superficie superior cerámica de la esfera hueca. Debido a las diferentes propiedades del material de la superficie superior cerámica y de la superficie superior del revestimiento polimérico, en muchos casos se requiere un promotor de adherencia adicional. Estos promotores de adherencia deben garantizar una conexión segura, duradera y fuerte entre la superficie superior cerámica y el revestimiento polimérico. Debido a su uso en un entorno húmedo, con agua salada, que también puede presentar fluctuaciones de temperatura significativas, el promotor de adherencia también debe tener una alta estabilidad a largo plazo en cuanto a las cargas químicas y mecánicas.
Se conocen diversos promotores de adherencia, por ejemplo, "Passirex" (dado el caso, marca registrada), en particular a base de compuestos de Cr(VI), para la aplicación de uso mencionada. El potencial cancerígeno de los compuestos de Cr(VI) se conoce desde hace mucho tiempo. En particular, durante la fabricación del hidrófono, no se puede descartar por completo la exposición de los empleados a los compuestos de Cr(VI). Además, el compuesto de Cr(VI) también puede liberarse durante el uso o el mantenimiento. La eliminación profesional en una fecha posterior también se vuelve más compleja y costosa debido a los compuestos de Cr(VI). El término compuestos de Cr(VI) se refiere a compuestos de cromo en el estado de oxidación 6. Esto incluye sales, compuestos complejos, masas fundidas y soluciones.
En aplicación del Reglamento (CE) N.° 1907/2006, "Reglamento REACH", se han incrementado considerablemente los requisitos en el ámbito del uso de sustancias nocivas para la salud, cuyo uso se ha demostrado en numerosas ocasiones. Debido a la evaluación de riesgos requerida en el procedimiento de aprobación, muchas conexiones deben cambiarse por conexiones menos críticas.
El documento US 6.029.113 A divulga la estructura de un hidrófono diferencial que comprende una esfera cerámica constituida por dos semiesferas piezoeléctricas. La disposición permite registrar señales acústicas causadas por cambios en la presión del agua, y su conversión en señales eléctricas.
El documento DE 10212291 C1 divulga una antena subacuática con al menos un hidrófono y un circuito amplificador eléctrico, simétrico, asociado al hidrófono.
El documento DE 102008029269 A1 divulga un hidrófono para una antena subacuática, que presenta dos carcasas semiesféricas compuestas de material piezoeléctrico polarizado radialmente, ensambladas para formar una esfera hueca, y electrodos que cubren las superficies de carcasa interior y exterior. Las carcasas semiesféricas están fijadas con sus bordes de carcasa con simetría especular a la parte inferior y superior de un lado de soporte.
El documento EP 0099643 A2 divulga una composición polimérica muy amortiguadora que comprende un polímero de bloque segmentado compuesto de poliuretano y un elastómero con una temperatura de transición vítrea en el intervalo de -40 °C a 15 °C. Además, se divulga un sonar remolcado que comprende un tubo compuesto de dicha
composición polimérica. Una pluralidad de hidrófonos están dispuestos dentro del tubo.
La presente invención tiene el objetivo de proporcionar un promotor de adherencia para un hidrófono, que permita que el revestimiento polimérico se adhiera de forma segura y fiable a la superficie superior cerámica de la esfera. Al mismo tiempo, no debe contener ningún componente que sea perjudicial para la salud.
El objetivo de la invención se consigue, sorprendentemente, mediante un hidrófono piezocerámico de acuerdo con la reivindicación 1. Otros diseños ventajosos se encuentran en las reivindicaciones dependientes.
La invención también comprende un sonar pasivo que comprende el hidrófono piezocerámico de acuerdo con la invención.
La invención incluye un navío de superficie o subacuático que comprende el sonar pasivo de acuerdo con la invención.
La invención también comprende un procedimiento para la fabricación de un hidrófono piezocerámico.
La invención también comprende el uso del hidrófono piezocerámico de acuerdo con la invención en buques de guerra y de investigación, preferentemente submarinos, helicópteros de guerra antisubmarina (ASW: anti-submarine warfare), boyas de sonar, fragatas, destructores, corbetas, lanchas rápidas y/o robots sumergibles.
El hidrófono piezocerámico de acuerdo con la invención comprende al menos los siguientes elementos. Una primera carcasa semiesférica y una segunda carcasa semiesférica se ensamblan formando una esfera hueca. El término "carcasa semiesférica" en el sentido de la invención comprende preferentemente una semiesfera con un espacio hueco interior. El espacio hueco interior preferentemente comprende/forma del 10 % al 90 % del volumen de la semiesfera, por ejemplo con respecto a un
grosor de pared de 0,5 mm a 4 mm, preferentemente de 0,8 mm a 2 mm. Una estructura a modo de ejemplo de un hidrófono se puede encontrar en el documento DE 102008029269 A1, párrafos [0018] a [0022]. La primera carcasa semiesférica y la segunda carcasa semiesférica comprenden un material piezoeléctrico polarizado radialmente, por ejemplo titanato de circonato de plomo (PZT). La primera carcasa semiesférica y la segunda carcasa semiesférica presentan una capa externa. El término "capa externa" comprende preferentemente, en el sentido de la invención, un recubrimiento al menos parcial de las superficies de carcasa semiesférica. En el sentido de la invención, el término "parcialmente" comprende un recubrimiento de preferiblemente al menos el 30 %, de manera particularmente preferente al menos el 75 % de las superficies (superiores) de carcasa semiesférica. Para evitar un cortocircuito, las secciones individuales de las superficies de carcasa semiesférica de la primera carcasa semiesférica y de la segunda carcasa semiesférica pueden estar realizadas sin capa externa (recubrimiento) o con una capa aislante o un elemento aislante que se dispone entremedias. Esto comprende preferentemente, por ejemplo, la superficie de conexión de las dos carcasa semiesféricas entre sí. En el sentido de la invención, el término "capa externa" comprende preferentemente un recubrimiento sobre la superficie superior de la carcasa semiesférica, de manera particularmente preferente las superficies superiores de carcasa interna y externa de la carcasa semiesférica respectiva. La capa externa presenta plata y/o compuestos de silicio o, de manera equivalente, "contiene" plata y/o compuestos de silicio. Además, el hidrófono de acuerdo con la invención comprende un contacto eléctrico de la primera carcasa semiesférica y la segunda carcasa semiesférica. Un revestimiento polimérico envuelve la esfera hueca y evita o ralentiza la penetración de humedad o suciedad. El hidrófono de acuerdo con la invención está caracterizado por que la capa externa está unida al revestimiento polimérico a través de un promotor de adherencia. El promotor de adherencia (preferentemente, definiciones también como se describe en "Rompp Chemie Lexikon, 9.a edición, vol. 3, pág. 1704, 1995") comprende o contiene un compuesto de fórmula (M1)2[(M2)F6] con M1 = H, NH4, Li, Na, K, Rb, Cs y M2 = Ti, Zr. El promotor de adherencia de acuerdo con la invención permite así prescindir de compuestos de Cr(vi) con una durabilidad comparable o mejor.
En una forma de realización preferida, el material piezoeléctrico polarizado radialmente comprende titanato de circonato de plomo (PZT).
El revestimiento polimérico contiene preferentemente siliconas, poliésteres, poliéteres, poliamidas, de forma especialmente preferente poliuretanos. El revestimiento polimérico contiene de forma especialmente preferente conservantes, estabilizadores (por ejemplo, estabilizadores de oxidación y UV y/o plastificantes).
En una realización preferente, el promotor de adherencia contiene agentes anticorrosivos.
El contacto eléctrico de la primera carcasa semiesférica y la segunda carcasa semiesférica tiene lugar preferentemente a través de puntos de soldadura.
La invención también comprende un sonar pasivo que comprende un hidrófono piezocerámico de acuerdo con la invención como el que se describió anteriormente. El sonar pasivo o antena subacuática electroacústica se utiliza preferentemente en navios de superficie y subacuáticos. En el documento DE 102004 037987 A1, en los párrafos [0013] a [0022], se pueden encontrar ejemplos de una estructura correspondiente, por ejemplo, como una antena
lateral o antena subacuática electroacústica, fijada a la cubierta exterior.
En una configuración adicional, la invención comprende un navio de superficie o subacuático que comprende un sonar pasivo de acuerdo con la invención como el que se describió anteriormente. Ejemplos de navíos de superficie o subacuáticos preferidos son submarinos, submarinos con propulsión independiente del aire (AIP: air-independent propulsión), helicópteros de guerra antisubmarina (ASW: anti-submarine warfare), boyas de sonar, fragatas, destructores, corbetas, lanchas rápidas y/o robots sumergibles.
La invención comprende además un procedimiento para la fabricación de un hidrófono piezocerámico que comprende al menos las siguientes etapas. En una primera etapa, se aplica una capa externa que comprende plata y/o compuestos de silicio sobre una primera carcasa semiesférica y una segunda carcasa semiesférica. La aplicación puede realizarse, por ejemplo, mediante brocha, por pulverización, por inmersión o también por deposición física en fase de vapor(PVD: physical-vapor-deposition) o deposición química en fase de vapor(CVD: chemical-vapordeposition). En una etapa siguiente, la capa externa se sinteriza y/o calcina. A continuación se aplica un promotor de adherencia que comprende un compuesto de fórmula (M1)2[(M2)F6] con M1 = H, NH4, Li, Na, K, Rb, Cs y M2 = Ti, Zr sobre la capa externa antes o después de ensamblar la primera carcasa semiesférica y la segunda carcasa semiesférica para formar una esfera hueca. El promotor de adherencia se puede aplicar, por ejemplo, en forma de una solución acuosa, por ejemplo mediante brocha, por pulverización, por inmersión o también por deposición física en fase de vapor(PVD: physical-vapor-deposition) o deposición química en fase de vapor(CVD: chemical-vapordeposition).
Preferentemente, el promotor de adherencia se seca después de la aplicación. Además, se establece un contacto eléctrico entre la primera carcasa semiesférica y la segunda carcasa semiesférica antes o después de que la primera carcasa semiesférica y la segunda carcasa semiesférica se ensamblen para formar una esfera hueca. Finalmente, un revestimiento polimérico, por ejemplo de poliuretano, se coloca alrededor (preferentemente de forma final alrededor) de la esfera hueca. La colocación se puede realizar, por ejemplo, introduciendo y curando un poliuretano de 2 componentes, por ejemplo, en un procedimiento de fundición de un sistema de 2 componentes.
La superficie superior de la primera carcasa semiesférica y/o de la segunda carcasa semiesférica y/o de toda la esfera hueca se chorrea preferentemente antes de aplicar la capa externa. De manera particularmente preferente, la superficie superior de la primera carcasa semiesférica y/o de la segunda carcasa semiesférica se chorrea con corindón antes de la aplicación. Sorprendentemente, se ha demostrado que el chorreado, en particular con corindón, mejora y aumenta notablemente la adherencia del revestimiento polimérico al promotor de adherencia y a la capa externa.
En una forma de realización preferida, el promotor de adherencia se aplica por pulverización, por inmersión y/o mediante brocha.
La invención también comprende el uso del hidrófono piezocerámico de acuerdo con la invención y/o el sonar pasivo de acuerdo con la invención, que se describieron anteriormente, en buques de guerra y de investigación, preferentemente submarinos, submarinos con propulsión independiente del aire (AIP: air-independent propulsion), helicópteros de guerra antisubmarina (ASW: anti-submarine warfare), boyas de sonar, fragatas, destructores, corbetas, lanchas rápidas y/o robots sumergibles.
Por lo demás, la invención se explica con más detalle con referencia a la siguiente figura. La figura no limita, a este respecto, el alcance de protección de la invención, sino que solo sirve como ejemplo para la explicación. La figura no está a escala.
Muestra:
la Figura 1 una sección transversal esquemática de un hidrófono de acuerdo con la invención.
La figura 1 muestra el hidrófono piezocerámico de acuerdo con la invención. Una primera carcasa semiesférica (1) y una segunda carcasa semiesférica (2) que comprenden un material piezoeléctrico polarizado radialmente (por ejemplo, titanato de circonato de plomo (PZT)) se ensamblan para formar una esfera hueca (3). La primera carcasa semiesférica (1) y la segunda carcasa semiesférica (2) presentan una capa externa (4). La capa externa (4) presenta (contiene) plata y/o compuestos de silicio. Para evitar un cortocircuito, secciones individuales de las superficies de carcasa semiesférica de la primera carcasa semiesférica (1) y de la segunda carcasa semiesférica (2) pueden estar realizadas sin capa externa (4). Un revestimiento polimérico (6) envuelve la esfera hueca (3) con un interior de esfera hueca (5) y evita o ralentiza la penetración de humedad o suciedad. El hidrófono de acuerdo con la invención está caracterizado por que la capa externa (4) está unida al revestimiento polimérico a través de un promotor de adherencia (7). El promotor de adherencia (7) comprende o contiene un compuesto de fórmula (M1)2[(M2)F6] con M1 = H, NH4, Li, Na, K y M2 = Ti, Zr. El promotor de adherencia (7) de acuerdo con la invención permite así prescindir de compuestos de Cr(VI) con una durabilidad comparable o mejor.
Lista de referencias
(1) primera carcasa semiesférica
(2) segunda carcasa semiesférica
(3) esfera hueca
(4) capa externa
(5) interior de esfera hueca
(6) revestimiento polimérico
(7) promotor de adherencia
(10) placa de soporte
(11) pistas conductoras
Claims (12)
1. Hidrófono piezocerámico, que comprende al menos los siguientes elementos:
- una primera carcasa semiesférica (1) y una segunda carcasa semiesférica (2), que se ensamblan formando una esfera hueca (3);
en donde la primera carcasa semiesférica (1) y la segunda carcasa semiesférica (2) comprenden un material piezoeléctrico polarizado radialmente y la primera carcasa semiesférica (1) y la segunda carcasa semiesférica (2) presentan una capa externa (4) y la capa externa (4) presenta plata y/o compuestos de silicio;
- un contacto eléctrico (5) de la primera carcasa semiesférica (1) y de la segunda carcasa semiesférica (2); y - un revestimiento polimérico (6) de la esfera hueca (3);
caracterizado por que la capa externa (4) está unida al revestimiento polimérico (6) a través de un promotor de adherencia (7) y en donde el promotor de adherencia (7) comprende un compuesto de fórmula (M1)2[(M2)F6] con M1 = H, NH4, Li, Na, K, Rb, Cs y M2 = Ti, Zr.
2. Hidrófono piezocerámico según la reivindicación 1, caracterizado por que el material piezoeléctrico polarizado radialmente (9) comprende titanato de circonato de plomo (PZT).
3. Hidrófono piezocerámico según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que el revestimiento polimérico contiene poliuretanos, siliconas, poliésteres, poliéteres, poliamidas, conteniendo preferentemente poliuretanos.
4. Hidrófono piezocerámico según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el revestimiento polimérico (6) contiene conservantes, estabilizantes y/o plastificantes.
5. Hidrófono piezocerámico según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el promotor de adherencia (7) contiene agentes anticorrosivos.
6. Hidrófono piezocerámico según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el contacto eléctrico (5) de la primera carcasa semiesférica (1) y de la segunda carcasa semiesférica (2) se realiza mediante puntos de soldadura.
7. Sonar pasivo que comprende un hidrófono piezocerámico según una de las reivindicaciones 1 a 6.
8. Navio de superficie o subacuático, que comprende un sonar pasivo según la reivindicación 7, preferentemente en submarinos, submarinos con propulsión independiente del aire (AIP: air-independent propulsión), helicópteros de guerra antisubmarina (ASW: anti-submarine warfare), boyas de sonar, fragatas, destructores, corbetas, lanchas rápidas y/o robots sumergibles.
9. Procedimiento para la fabricación de un hidrófono piezocerámico, que comprende al menos las siguientes etapas: - aplicar una capa externa (4), que comprende plata y/o compuestos de silicio sobre una primera carcasa semiesférica (1) y sobre una segunda carcasa semiesférica (2);
- sinterizar y/o calcinar la capa externa (4);
- aplicar un promotor de adherencia (7), que comprende un compuesto de fórmula (M1)2[(M2)F6] con M1 = H, NH4, Li, Na, K, Rb, Cs y M2 = Ti, Zr sobre la capa externa (4) antes o después de ensamblar la primera carcasa semiesférica (1) y la segunda carcasa semiesférica (2) para formar una esfera hueca (3);
- poner en contacto eléctrico la primera carcasa semiesférica (1) y la segunda carcasa semiesférica (2) antes o después de ensamblar la primera carcasa semiesférica (1) y la segunda carcasa semiesférica (2) para formar una esfera hueca (3); y
- aplicar un revestimiento polimérico (6) alrededor de la esfera hueca (3).
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que la superficie superior de la primera carcasa semiesférica (1) y/o de la segunda carcasa semiesférica (2) y/o de la esfera hueca (3) se chorrea antes de aplicar la capa externa (4), preferentemente con corindón.
11. Procedimiento según las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado por que el promotor de adherencia (7) se aplica por pulverización, por inmersión y/o mediante brocha.
12. Uso del hidrófono piezocerámico según una de las reivindicaciones 1 a 6 y/o del sonar pasivo según la reivindicación 7 en buques de guerra y de investigación, preferentemente submarinos, submarinos con propulsión independiente del aire (AIP: air-independent propulsión), helicópteros de guerra antisubmarina (ASW: anti-submarine warfare), boyas de sonar, fragatas, destructores, corbetas, lanchas rápidas y/o robots sumergibles.
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