CN103230866A - 一种超声换能器及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声换能器及其制备工艺，由上至下依次包括背衬材料层、第一粘结层、压电复合层、第二粘结层、延迟块以及定位螺栓；所述背衬材料层、第一粘结层、压电复合层以及第二粘结层设有同轴通孔，延迟块上设有螺纹沉孔，定位螺栓依次穿过背衬材料层、第一粘结层、压电复合层以及第二粘结层额同轴通孔，固定在延迟块的螺纹沉孔内。本发明超声换能器可以避免由于环氧应力变化而导致其性能降低甚至损坏，提高超声换能器的生产合格率。

Description

一种超声换能器及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种超声换能器，具体是涉及一种压电复合晶片超声换能器及其制备工艺。

背景技术

超声换能器作为超声检测的最主要部件之一，其工作机制为：将电信号加到换能器上，换能器材料受到冲击后产生振动，产生超声，超声经过匹配层透入检测物中，遇到不同的声阻抗的材料，将产生反射，反射信号再传入到换能器，换能器就将声波转换为电信号，通过信号处理和图像处理，形成直观图像，通过对超声图像的分析，判断机能是否正常。

用来制作超声换能器的主要材料有压电陶瓷、压电复合材料、压电单晶材料。目前最为常用的材料为压电复合材料。

压电复合材料是将压电陶瓷和高聚物按照一定的联通方式复合而成。这种材料具有较低的密度，较高的机电耦合系数，高压电压力常数等优良特点。压电复合材料可按连通性给以分类，以两个数字中间加一短线表示，第一个数字代表压电相的连通维数，后一个数字代表聚合物分量相的连通维数。复合材料通过联通方式的不同分为1-3型、3-1型、0-3型、2-2型。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种超声换能器。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于压电复合晶片超声换能器，由上至下依次包括背衬材料层、第一粘结层、压电复合层、第二粘结层、延迟块以及定位螺栓；所述背衬材料层、第一粘结层、压电复合层以及第二粘结层设有同轴通孔，延迟块上设有螺纹沉孔，定位螺栓依次穿过背衬材料层、第一粘结层、压电复合层以及第二粘结层额同轴通孔，固定在延迟块的螺纹沉孔内。第一粘结层将延迟块和压电复合层预粘接，第二粘结层将压电复合层和背衬材料层预粘接。

进一步的，所述背衬材料层为硅酸盐橡胶层，厚度为0.2～1.5厘米。

进一步的，所述压电复合层为压电复合材料晶片，厚度为0.1～1毫米。

进一步的，所述延迟块为硅酸盐和环氧树脂混合层，厚度为30～600微米。

本发明公开了一种超声换能器的制备工艺，包括以下步骤：

在背衬材料层和压电复合层上加工通孔；

在延迟块上加工螺纹沉孔；

在背衬材料层和压电复合层下表面旋涂胶水；

由上至下依次将背衬材料层、压电复合层以及延迟块预粘接；

使用螺栓通过背衬材料层和压电复合层的通孔，旋入延迟块的螺纹沉孔内固定。

如果仅仅采用大量胶水将背衬材料、压电复合材料及延迟块粘结在一起，在进行机构件装配时很容易使得背衬材料、压电复合材料及延迟块材料位置发生变化，影响超声换能器的性能及一致性。并且当进行超声换能器最后环氧封装过程时，由于环氧在由液态变为固态时会产生较大的应力，极容易将采用胶水将背衬材料、压电复合材料及延迟块粘结在一起的换能器结构破坏掉。在实际的生产中，很大一部分换能器都是因为这一原因损坏掉的，因而无法保证高的生产合格率。而发明采用的方法可以产生一个预应力以防止此种情况发生，使得在进行机构件装配时避免环氧由液变固过程中由于应力的变化造成的破坏，可以大大提高生产合格率。

本发明的优点是：本发明中超声换能器中延迟块、压电复合层及背衬材料首先通过特殊材料预粘结，并通过螺栓进行加固，提供一定预应力，使得该超声换能器在进行机构件装配时避免由于环氧由液变固过程中由于应力的变化造成的破坏，提高生产合格率。本发明中主要采用螺栓对延迟块，压电复合层及背衬材料进行固定，采用此种方法便于采用自动化设备进行批量化生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明的一种超声换能器的横截图。

图2为本发明的一种超声换能器的俯视图。

图3为本发明的压电复合层材料结构图。

图4为本发明的应力作用示意图。

具体实施方式

如图1～图4所示，本发明公开了一种超声换能器，由上至下依次包括背衬材料层、第一粘结层、压电复合层、第二粘结层、延迟块以及定位螺栓；所述背衬材料层、第一粘结层、压电复合层以及第二粘结层设有同轴通孔，延迟块上设有螺纹沉孔，定位螺栓依次穿过背衬材料层、第一粘结层、压电复合层以及第二粘结层额同轴通孔，固定在延迟块的螺纹沉孔内。所述背衬材料层为硅酸盐橡胶层，厚度为0.2～1.5厘米。所述压电复合层为压电复合材料晶片，厚度为0.1～1毫米。所述延迟块为硅酸盐和环氧树脂混合层，厚度为30～600微米。

实施例

如图1、2、3、4所示：

选取厚度为1.0cm的硅酸盐橡胶背衬材料层1，厚度为0.4mm的压电复合材料晶片3以及厚度为240微米的延迟块。

背衬材料层1及压电复合层3均加工有通孔11,31，对延迟块5采用数控机床进行打孔操作形成螺栓固定口51，直径为1.5mm，采用钻头将螺栓固定口51直径扩为2mm，深度为4mm。在背衬材料层和压电复合层下表面旋涂胶水构成粘接层2、4；由上至下依次将背衬材料层、压电复合层以及延迟块预粘接；采用螺栓6通过通孔11,31及螺栓固定口将背衬材料层1，压电复合层3及延迟块5固定，使其具有一定的预应力。在采用螺栓6进行固定过程中，使用夹具固定背衬材料层1，压电复合层3及延迟块5，防止在螺栓6固定过程中三者位置出现偏移，影响超声换能器性能。其中压电复合层2通孔31直径略大于固定螺栓直径。

在工业生产中，采用胶水进行背衬材料、压电复合材料及延迟块粘结技术生产超声换能器的一次成品率仅为80%左右，而采用本实例制造超声换能器一次成品率可以达到95%以上，并且产品性能一致性好。

本实例中采用的背衬材料及压电复合层均有镇江畅信超声电子有限公司公开销售，当然，也可以采用市面上常用的背衬材料及压电复合层材料。

本发明提供了一种超声换能器，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种超声换能器，其特征在于，由上至下依次包括背衬材料层、第一粘结层、压电复合层、第二粘结层、延迟块以及定位螺栓；所述背衬材料层、第一粘结层、压电复合层以及第二粘结层设有同轴通孔，延迟块上设有螺纹沉孔，定位螺栓依次穿过背衬材料层、第一粘结层、压电复合层以及第二粘结层额同轴通孔，固定在延迟块的螺纹沉孔内。

2.根据权利要求1所述的一种超声换能器，其特征在于，所述背衬材料层为硅酸盐橡胶层，厚度为0.2～1.5厘米。

3.根据权利要求1所述的一种超声换能器，其特征在于，所述压电复合层为压电复合材料晶片，厚度为0.1～1毫米。

4.根据权利要求1所述的一种超声换能器，其特征在于，所述延迟块为硅酸盐和环氧树脂混合层，厚度为30～600微米。

5.一种超声换能器的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

在背衬材料层和压电复合层上加工通孔；

在延迟块上加工螺纹沉孔；

在背衬材料层和压电复合层下表面旋涂胶水；

由上至下依次将背衬材料层、压电复合层以及延迟块预粘接；

使用螺栓通过背衬材料层和压电复合层的通孔，旋入延迟块的螺纹沉孔内固定。

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