CN104285132A - 用于制造具有嵌入式压电转换器元件的超声波转换器芯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造超声波转换器芯(2)的方法，所述超声波转换器芯包括：至少一个压电转换器元件(4)；至少一个适应体(8)，所述适应体促进所述压电转换器(4)与周围介质之间的振动耦合；至少一个温度膨胀补偿体(6)；所述方法具有以下步骤：将所述压电转换器元件(4)放入到成型模具中；将所述适应体放入到所述成型模具中；将模制质量引入到所述成型模具中，从而使所述模制质量与所述适应体(8)以及与所述压电转换器元件(4)实现力锁合连接、化学键合和/或形状锁合连接；并且使所述模制质量硬化以构造所述温度膨胀补偿体(6)。此外，本发明涉及一种超声波转换器芯(2)，该超声波转换器芯特别根据所述方法制造。

Description

用于制造具有嵌入式压电转换器元件的超声波转换器芯的方法

技术领域

本发明涉及一种具有根据权利要求1的前序部分所述的特征的用于制造超声波转换器芯的方法以及一种超声波转换器芯。

背景技术

本发明涉及超声波转换器，超声波转换器例如在方法技术方面或者在汽车领域方面(特别是内燃机的进气和/或排气装置方面用于体积流测量或者质量流测量)作为流量计使用；或者作为环境传感器使用，特别是在车辆的保险杠的前部和/或后部中，例如用于泊车辅助系统和/或防碰撞系统。在此使用典型的超声波转换器：所述超声波转换器不仅能向流体介质(例如空气、气体和/或液体)中发射超声波，而且能接收超声波。在此，超声波信号通常通过流体介质从发射器传递至接收器或者从发射器传递到环境中并且检测位于环境中的物体反射的超声波信号并且测量运行时间和/或运行时间差和/其它参量(例如超声波信号的振幅和相位)。

许多已知的超声波流量计的缺点在于：至少在气体形式的介质的情况下在小的信号行程中、也就是在运行时间变化很小的情况下，所述运行时间变化使得所述方法在流动率很小的情况下经常非常容易漂移。这种缺陷也被称为“零流量错误”。

附加的困难是，由通常的超声波发生器(例如压电陶瓷)所产生的振动能量在耦合到待测量的介质中时必须克服高的声学阻抗差。因此，通常约99.9995％的声能量从压电陶瓷至空气的路径中在相对应的边界面上被反射回来并且也不能用于测量。同样的反射损失再一次出现在接收的第二转换器中，该第二转换器也能与第一转换器相同。

为了改善压电元件与待测量的流体之间的声学耦合，通常采用用于适应阻抗的措施，然而这已经强烈地限制对于超声波转换器设计的可能方案。因此，为了适应阻抗，例如可以应用膜片，将通常很薄的压电元件粘接到所述膜片上。然而，在这种情况下，转换器的谐振频率与其说是通过压电元件自己确定的，倒不如说是通过膜片确定的。

已知其它类型的适应层，这些其它类型的适应层施加到压电元件上。然而，根据已知原理的空气超声波转换器的大批量制造包含了耗费的且昂贵的过程步骤。尤其是在许多情况下需要适应层的切削加工，该切削加工视材料种类而定会导致粗糙表面，该粗糙表面使得声学上有利薄的且可重现的粘接变得困难。即使在无需切削加工的情况下(例如以铸造/注射工艺)制造适应层时，也必须有单独的粘接工艺。

关于待使用的超声波频率和转换器信号方面的其它限制对于已知的超声波转换器由物理效应(如流体中声场形成、吸收和扩散)得出。

除了设计限制之外，由应用于汽车发动机的吸气区域中的流动测量时常用的目标公差可以得到这样的要求：所述超声波转换器的振荡的起振变化曲线至少在差分的运行时间测量的意义中纯机械地总是近似完全相同，更确切地说，具有例如单个机械振动的约为1/1000的精度。在此，在机械式起振变化曲线中，除了转换器基础设计和转换器几何形状之外，还着重涉及到内部材料特性和材料相互的连接。由此困难的是，在热力学流动测量时实现或者甚至改善常用的公差。

也就是说，已知系统的缺点在于：这些系统通常强烈遭受设计方面的限制。此外，已知超声波转换器的机械稳定性和信号质量以及功能公差在许多情况下具有进一步该善的潜力，并且该制造是至少还是过于耗费且昂贵的。

由DE 10 2007 010 500 A1已知一种超声波转换器，该超声波转换器具有直接嵌入式压电转换器元件，在该超声波转换器中，具有至少一种聚合材料的适应层在液态的或者可变形的状态下与压电转换器元件相接触并且硬化。将压电转换器元件直接嵌入到适应层中的缺点是：压电转换器元件与适应体在热膨胀系数方面有所区别，所述热膨胀系数尤其在冷却和/或多次温度交变时给超声波转换器芯带来问题。例如，由聚合材料制成的适应体具有如下特征：比压电陶瓷更强烈地膨胀并且也更强烈地回缩，并且因此产生不允许的高的塑性的延展或应力，并且必要时可使适应体从压电转换器元件中突起。实际中，例如可能确定适应体上的裂纹以及所述适应体与所述压电转换器元件之间的裂缝。这种裂缝可能会导致所述超声波传感器上的彻底损坏，因为由于需要克服的大的声学阻抗的原因几乎没有可用于测量的信号。

发明内容

根据本发明的第一方面，超声波转换器芯包括：至少一个压电转换器元件；至少一个适应体，该适应体促进压电转换器元件与周围介质之间的振动耦合。在此设置了，所述超声波转换器芯具有至少一个温度膨胀补偿体，该温度膨胀补偿体与所述压电转换器元件具有至少一个共同的边界面并且与所述适应体具有至少一个共同的边界面。

因此，本发明提供一种超声波转换器，该超声波转换器应用于流体介质的流动测量、特别是应用于机动车领域中的吸气装置中和/或排气装置中和/或废气回流装置中和/或内燃机的涡轮增压器之后或者作为环境传感器应用、尤其适用于车辆保险杠的前部和/或后部中。本发明主要基于这样的认识：已知系统关于已知系统的上述缺点方面的改善能够特别是通过超声波转换器内部的、特别是压电元件与适应阻抗件之间的连接部位中的经优化的结构和连接技术的改善来实现。

在此，压电转换器元件的概念可以广泛地理解并且包括例如电-声转换器，所述电-声转换器根据静电效应、磁致伸缩效应、压电效应或者这些效应的组合来工作。在下文中，压电转换器元件也缩写为压电元件。

所述适应体具有至少一个适应层，所述适应层促进所述压电转换器元件与周围流体介质之间的振动耦合。所述适应层包括例如聚合材料，其中，聚合材料通过以下连接方式之一与所述温度膨胀补偿体连接：力锁合连接，其中，力锁合通过所述温度膨胀补偿体造成；形状锁合连接，其中，形状锁合通过所述温度膨胀补偿体造成；直接地(即没有粘接材料的介入)在温度膨胀补偿体的表面与适应体的表面之间黏着性和/或粘接性的连接。

本发明的主要优点在于：所述适应体在与超声波转换器接合之后通过另一连接元件或另一种连接材料构建了与压电转换器的连接。所述连接优选为机械稳定的并且由此改善了超声波信号到周围流体介质(例如液体、气体或者混合物)中的耦合。

本发明的主要优点在于：适应体和压电转换器元件通过温度膨胀补偿体相互耦合。特别优选的是，在应用于适应体的材料与应用于压电转换器元件的材料之间的热膨胀因数方面的差异对超声波转换器芯的耐久性造成很小的影响。由此，相较于之前，在给适应体选择适当的材料时能够更多地考虑其它因数，尤其是适应体的可处理性、可制造性、导热性、可延展性、强度和耐受性，因为从现在起很多材料都适合应用到适应体中。

特别的是，所述温度膨胀补偿体最小化了通过在热膨胀因数方面的差异而形成的拉应力和应变并且理想地避免了或者至少显著地最小化了由温度交变所导致的、适应体中的裂纹或者适应体从压电转换器元件中突起。

根据本发明的另一方面，提供一种用于制造超声波转换器芯的方法，所述超声波转换器芯包括：至少一个压电转换器元件；至少一个适应体，该适应体促进压电转换器元件与周围介质之间的振动耦合；至少一个温度膨胀补偿体；所述方法包括了以下步骤：

-将压电转换器元件放入到成型模具中，

-将适应体放入到所述成型模具中，

-将模制质量引入到所述成型模具中，从而模制质量与适应体以及压电转换器元件实现力锁合连接、化学键合和/或形状锁合连接，

-使模制质量硬化以便构造温度膨胀补偿体。

根据本发明的用于制造超声波转换器芯的方法，将压电陶瓷和优选构造成固体的适应体放入到成型模具(例如注塑模或者浇铸模)中，并且借助于模制质量(所述模制质量在所述两个构件之间注塑成注塑成型件或者浇铸成浇铸成型件)在单个工作过程中相互连接。工作耗费且时间耗费地将压电陶瓷粘接在保持部上(正如现有技术所已知)因此不再需要。因此，减少了所需的、用于制造超声波转换器芯的工作步骤。特别的是，因此能够节省了安装时间并且能够降低加工这种超声波转换器芯的费用。

此外，通过取消了粘接能够如此设计压电元件与适应层之间的连接，使得一方面形成良好的声学耦合，并且另一方面得出压电元件的小程度的老化，所述老化尤其通过连接部位上的高热负载和相应的机械式夹紧所导致。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出，并且在以下描述中进一步说明。其示出：

图1：公知的超声波转换器的俯视图，该超声波转换器具有粘接的压电转换器元件；

图2：图1中的超声波转换器的剖视图；

图3：根据本发明的超声波转换器的实施例的俯视图，该超声波转换器

具有部分嵌入式压电转换器元件；

图4：根据图3的实施例的侧面剖视图；

图5：根据本发明的超声波转换器的另一实施例，该超声波转换器具有完全嵌入式压电转换器元件；

图6：根据图5的实施例的侧面剖视图。

具体实施方式

在图1和图2中示出的超声波转换器2包括压电转换器元件4和适应体8。在适应体8与压电元件4之间引入粘接层10。

作为初级电子-机械转换原理，在超声波转换器2中利用例如静电效应、磁致伸缩效应、或者压电效应。在压电陶瓷作为初级转换器元件的情况下得出不同的谐振振动模态，视几何形状而定，这些谐振振动模态或多或少地突显，或者这些谐振振动模态相互不同地耦合或解耦。在几何形状为简单的方形或者柱形的情况下，首先可以得出以下振动模态，所述振动模态全部至少原理上可以应用于超声波转换：

-薄压电片的厚度振动，其中，特别是当压电片的直径大于该压电片厚度的十倍时，则出现该振动模态的纯粹突显；

-薄压电片的平面振动，其中，特别是当压电片的直径大于该压电片厚度的十倍时，则出现该振动模态的纯粹突显；

-压电柱的纵向方向上的纵向振动，其中，特别是当压电柱的直径小于该压电柱的长度除以2.5时，则出现该振动模态的纯粹突显；

-剪切振动，其中，特别是当压电片在一个维度上的边长大于该压电片的厚度或宽度的3.5倍时，则出现该振动模态的纯粹突显；

-横向方向上的纵向振动，其中，特别是当压电片的厚度或宽度小于边长除以5时，则出现该振动模态的纯粹突显。

对于单个振动形式存在相应不同的、与材料相关的频率常数，由所述频率常数例如可以对于平面振动片计算出谐振频率f＝Np/D，其中，D表示厚度，并且Np处于2000Hzm的数量级。对于宽频的空气超声波转换器，特别是考虑具有低机械品质Qm的“软”陶瓷作为压电材料，其中，数量级可以大约为Qm＝70，因为在该情况下可以实现较短的起振和衰减，并且相对于空气的阻抗差已经稍微减小。另一方面，需要尽可能大的机电耦合。对于在汽车领域内的超声波转换器应特别是对于发动机安装条件来说需要尽可能高的居里温度。常用的、具有所述特性的陶瓷等级为例如所谓的“Navy Type II”-等级、例如PZT5A-陶瓷或者根据EN 50324-1 Typ 200的陶瓷。

与所提到的几何比例(所述几何比例在单个压电元件4中导致上述的纯粹振动形式)不同的是，在整个转换器复合体中，其它几何形状可以是有利的。

为了改善所述压电元件4与流体介质之间的声学耦合，应用了用于适应阻抗的措施，这可以用“适应层”8标示。与压电陶瓷相比，气体特别是具有非常低的声学阻抗，从而(如上述地)在压电元件中产生的振动在压电元件/气体的边界面上反射回到压电元件中。

此外，根据现有技术所已知两种不同的用于适应阻抗的基本方法。第一种方案在于，应用膜片作为元件8用于适应，大部分的薄的压电元件4粘接到该膜片上。这种方案例如在压电蜂音器或者在扬声器或者在立体宽辐射的距离传感器中应用。然而，在这种情况下，谐振频率与其说是通过压电元件4自己确定的，倒不如说是通过膜片确定的。然而，以压电典型的大的力所造成的压电元件4的已经稍微径向膨胀或轻微挠曲导致了强烈的膜片挠曲，所述强烈的膜片挠曲虽然不能够施加大的力，但是很好地排挤掉较轻的气体分子，从而得出超声波到气体中的非常有效地耦合。

在另一个已知的方案(该方案同样可以应用到本发明中)中，在压电元件4与流体介质之间使用了所谓“λ/4-适应层”作为元件8。对于平面单谱波的理论理想情况，如果适应层材料8的声学阻抗Z＝c*ρ(其中，c表示音速，ρ表示密度)为压电元件和气体的阻抗的几何平均值，并且在此适应层的厚度相应于超声波在适应层8中的四分之一波长(λ/4)，则压电元件的能量100％传递到气体中。对于以(即具有典型的压电陶瓷的)压电元件4、作为待测量介质的空气、固体中的典型音速为基础的空气超声波转换器2，然而对于适应层8的密度D在很多情况下得出不现实的低值，所述低值大多可以仅利用小程度耐用的材料来实现。

然而，即使未完全实现阻抗适应，利用实际的且耐用的材料仍然能实现传输性能的改善。例如，为此使用具有混合式玻璃空心球的环氧树脂或聚酯树脂，所述玻璃空心球降低了密度ρ。不同于纯计算出的λ/4-层厚地，可以有利的是：例如用于由于机械/声学负载来补偿所述压电元件4的频率延迟，用于补偿平面波的条件的偏差、或者用于影响所述超声波转换器2的传输-带宽。

另一种几何变体同样是已知的，例如比压电元件4宽的适应层8、构造成罐状的适应层8、在辐射表面上具有纤维或者类似变体的适应层8。为此目的，所述几何变体(这些几何变体同样能在本发明的框架中应用)大多数具有超声波转换器2的经优化的振动特性或者辐射特性。在特别的应用中(在所述应用中涉及到例如非常高效或者非常宽带的超声波耦合)，使用了此外具有不同声阻抗的大量相互重叠的适应层8的超声波转换器2，这在本发明的范围内同样可能。

除了具有沿着厚度方向振动的压电元件4和构造成λ/4-层的适应层8的类似的转换器几何形状之外，同样已知平面-谐振结合λ/4-适应层的应用并且可以在本发明的范围得到应用。在这种情况下，不仅平面振动部分而且厚度振动部分都耦合到适应层8中，所述厚度振动部分由压电元件4的横向收缩产生。通过所述方法在固定的预设超声波频率的情况下明显地降低了压电元件的厚度，因为所述尺寸不再是初始地确定频率。

根据现有技术，适应阻抗层8在空气超声波转换器2中单独制成。通常的是，为此还应用了以玻璃空心球填充的环氧树脂或聚酯树脂，所述环氧树脂或聚酯树脂导入到模具中并且硬化。于是，在压电元件4以单独施加的粘接材料10粘上之前，通过随后的切削加工实现期望的细节几何形状。

此外，在图2中示出的超声波转换器芯还包括例如温度膨胀补偿体6，并且通过以下步骤完成：

-将适应体8放入到成型模具中，

-同时将适应体8浇铸或者注塑、或者在所述浇铸或者注塑之后进行温度膨胀补偿体6的成型，

-将粘接材料10分布在已成型的温度膨胀补偿体6上，

-将压电元件4安置到粘接材料10上，并且

-将组件在定义的压力的情况下在硬化炉中进行约1小时的硬化。

在压电元件4安置到粘接剂10上的情况下，所述压电元件4以陷入深度11陷入到所述粘接材料10中。其缺点尤其是：所述压电元件4在安置于粘接材料10上之后，在硬化之前并且在硬化期间可能会从中心位置14移开。一方面产生的可能性是：粘接剂10没有置于温度膨胀补偿体6上的中心处，从而粘接材料10的对置的安装棱边(Ansatzkanten)12、13不同程度地与温度膨胀补偿体6的边缘9间隔开。另一方面，容易导致的是：压电元件4在仍未硬化的粘接材料10中移开，从而压电元件4的对置的棱边16、17可能会在粘接材料10中不同程度地与粘接材料10的安装棱边12、13间隔开。

此外，作为压电元件4与适应层8之间的连接，粘接材料10在由声学要求和机械/热学要求组成的组合要求方面特别临界。这个问题可以通过本发明的措施缓和，其方式是：不使用单独的粘接材料。

图3示出了根据本发明的超声波转换器2的实施例的俯视图，所述超声波转换器具有部分嵌入到热力学的适应体6中的压电转换器元件4。通过根据本发明的制造方法确保了：压电元件4在温度膨胀补偿体6的中心14处设置，特别是在附图中不可见的适应体8的中心14处。

图4示出了根据图3的实施方式的侧面剖视图。在压电元件4与适应体8之间引入了温度膨胀补偿体6。温度膨胀补偿体6具有与压电转换器元件4的第一边界面50和与适应体8的第二边界面51。因此，温度膨胀补偿体6适合于在温度变化时补偿所述压电转换器元件4与所述适应体8之间的相应的机械张力。压电元件4相对于温度膨胀补偿体6的边缘9具有基本上统一的间距。

所述超声波-转换器芯2例如通过以下步骤制造：

-将压电转换器元件4放入到成型模具中，

-将适应体8放入到所述成型模具中，

-将模制质量引入到所述成型模具中，从而模制质量与适应体8以及与压电转换器元件4实现力锁合连接、化学键合和/或形状锁合连接，和

-使模制质量硬化以便构造所述温度膨胀补偿体6。

压电转换器元件4如此成型到温度膨胀补偿体上，使得压电转换器元件4的1％至99％、优选5％至50％、特别优选10％至30％沉入到温度膨胀补偿体6中。压电元件4的嵌入深度30如此设计，使得满足使用寿命(即连接的强度)和期望的声波振幅的要求。在嵌入深度30较小的情况下实现了高的声波振幅。在嵌入深度30较大的情况下提高了连接的强度。优选的是，嵌入深度30根据不同情况(Spezifikation)来确定。10％至30％的嵌入深度在实际中为使用寿命和声波振幅的最佳折中方案。也就是说，根据实施形式可以设置具有弯月形的、浅的嵌入部(例如为压电元件4的片厚B的1％、10％或20％)直至具有弯月形的、深的嵌入部(最高达到压电元件4的片厚B的50％至99％，特别为80％)。优选的是这样的嵌入深度30：在所述嵌入深度的情况下，超声波-转换器芯2的振幅至少与已知技术中的经粘接的超声波转换器芯的振幅一样高。由于能够补偿所述压电转换器元件4与所述适应体8之间的机械张力的能力，超声波-转换器芯2的特征在于特别是在温度交变时的耐热性。

优选的是，所述模制质量以柱形的药片形式连同另一内置件(即压电元件4和适应体8)共同放入到具有成型模具的成型机中。将所述成型模具加热并且熔化所述模制质量。所述模制质量通过压模挤压成型。在所述模制质量部分交联之后，使这些部件脱模并且紧接着在炉烘过程中完全交联。

在图5和图6中示出了另一实施例，该实施例具有完全嵌入到温度膨胀补偿体6中的压电转换器元件4。在这种情况下，压电转换器元件4如此成型到所述温度膨胀补偿体6中，使得压电转换器元件4的背离于适应体8的侧53与温度膨胀补偿体6的表面55齐平。通过根据本发明的制造方法又确保了压电元件4设置在超声波-转换器芯2的中心14、特别是设置在适应体8的中心14。如侧面剖视图所示：温度膨胀补偿体6引入到压电转换器元件4与适应体8之间并且相应具有与压电转换器元件4以及与适应体8的边界面50、51。在此，压电元件4在其整个厚度32上被温度膨胀补偿体6包围。

所示出的压电转换器元件4具有柱形的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片具有片直径A和片厚B。优选的是，例如对于内燃机的进气系统和/或废气系统、或废气回流系统内的流量测量，压电元件4具有大约5mm至大约20mm之间的直径A。典型且优选的厚度B处于0.08*A至0.7*A之间。然而也可以应用其它压电几何形状以及其它类型的压电元件、例如PZT-Composites或PZT-Stacks。

数量级<大约500kHz的较低频率更适合于空气超声波的应用，因为随着频率的增加和/或空气湿度的增加，声波在空气中的吸收也会提高。相反，尽可能高的频率更适合于时间测量精度要求高的应用。另一方面要注意的是，在流量-测量范围较大的情况下，在多个超声波周期上会出现时间上的延迟。因此，在超声波转换器2的带宽被限制的情况下，所述频率仅应如此高，使得阶段测量或者过零测量仍可以明确地配属于正确的超声波振动周期。此外，应遵守相对于振动负荷和固体声-干扰源的足够的频率间隔，所述振动负荷和固体声-干扰源通常处于低频范围内。

总体而言，对于机动车领域内的内燃机中的吸入空气的流量测量，大约100kHz至大约400kHz的频率范围表现为有意义的折中方案。特别是，视分析处理方法和测量几何形状而定，受限的范围(例如在170kHz至250kHz之间)特别有利。然而，对于其它的应用，本发明原则上也可以转用到其它频率范围。这种频率范围可以利用不同的压电材料(例如PZT-陶瓷或者其它陶瓷式压电材料)实现。

为了利用压电陶瓷来产生上述目标范围内的频率，原理上可以考虑上述的几何形状和振动模态。如果同时期望所述超声波转换器2的大的孔径，则优选如此选择直径A，使得所期望的超声波频率近似于纯粹压电元件4的径向-谐振或者平面振动。优选如此选择厚度B，使得一方面不会出现不同振动模态的不利耦合，并且另一方面陶瓷不会由于与施加的用于适应阻抗的适应层8的热力学张力而形成过强烈的挠曲。

有意义的是，适应层8优选地具有类似于压电元件4的直径C。在此，证明行之有效的是被选择得比压电元件4的直径稍大的直径。适应层的厚度D优选地根据适应层8的材料中的声速而调节到大约为超声波的波长的四分之一。

通过适应层8耦合到压电元件4上，使得超声波转换器2的实际谐振频率变化，从而需将适应层8的厚度D调节到相应位移的波长。如果应优化例如超声波振幅、超声波带宽或者相应的振动变化曲线，则厚度D的进一步精密适应是有意义的。适应层8的材料如此选择，使得有利于压电元件4与流体介质(例如空气)之间的振动耦合。为此，不需要太高的自衰减以及适当的声阻抗。声阻抗不必强制性地处于压电陶瓷阻抗与空气阻抗之间的几何平均。在有利的转换器带宽的情况下，通过例如0.5MRayl至1.5MRayl范围内的阻抗能够实现可用的振幅。

适应体8优选由耐高温的塑料、尤其由高性能热塑性材料、特别优选由聚醚酰亚胺(PEI)制成。优选的是，应用具有小密度的经烧结的材料、尤其是经烧结的PEI、例如可以作为得到。

温度膨胀补偿体6优选由热塑性的或者由热固塑性模制质量或者浇铸质量或者由所谓的热熔胶制成。关键的是，模制质量可以在液态的或者可变形的状态下在成型模具(例如注塑模或者浇铸模)中成型。优选的是，模制质量包括具有约80％的玻璃纤维份额的环氧树脂基热固性质量。

此外，还可以给根据本发明的超声波转换器2通过电极和引线配备所述压电元件4的电接触部，该电接触部未在图中示出。现有技术是压电表面上各种各样形式的电极。在柱状压电陶瓷的情况下，通常使两个平的面金属化(例如借助于厚层膏或者借助于经喷镀的薄层)，其中，也可以是许多技术的组合。对于单侧接触也可以应用缠绕电极，该缠绕电极在可从商业上得到的压电元件4的多个实施方案中已知。作为接触接通方法，大多数为熔焊、导电粘接或者热压熔焊。替代地，可以以预应力将导电的接口元件压到压电元件上，其中，例如可以通过敛缝、弹簧或者螺旋件来实现按压。

同样存在这样的压电陶瓷：该压电陶瓷虽然被电极化，然而自身不具有电极。在这种情况下，单独的电极、例如金属箔、金属薄板、金属环、金属网或者类似元件或者这些元件的组合(所述元件可以已经是其它接触部的部分)例如借助于预紧、借助于粘接材料或者借助于导电胶或者这些技术的组合来施加到压电元件的表面上。

除了在图中示出的元件之外，超声波转换器2根据本发明还可以包括其它在图中未示出的元件。因此特别优选的是，设置减振元件，借助于所述减振元件可以对压电元件的振动进行减振。例如，为了这个目的，可以在背侧上(即在背向所述适应体8的侧上)和/或也可以在其它部位上(例如在圆周侧至少部分包围所述压电元件与压电元件4接触地)设置一减振元件。所述减振元件(这也常称为“衬垫”)例如能够与此相应地构造成减振层和/或构造成减振浇铸件和/或构造成单独的减振元件。作为材料可以考虑例如硅酮形式的材料以及其它减振材料(例如熔胶)。也可以包括填充材料(例如玻璃空心球、塑料球、塑料空心球、玻璃粉或者类似填充材料或者这些填充材料的混合体)，所述填充材料特别是能够将声转换为热。

Claims (10)

1.一种用于制造超声波转换器芯(2)的方法，所述超声波转换器芯包括：至少一个压电转换器元件(4)；至少一个适应体(8)，所述适应体促进所述压电转换器(4)与周围介质之间的振动耦合；至少一个温度膨胀补偿体(6)；所述方法具有以下步骤：

-将所述压电转换器元件(4)放入到成型模具中；

-将所述适应体(8)放入到所述成型模具中；

-将模制质量引入到所述成型模具中，从而使所述模制质量与所述适应体(8)以及与所述压电转换器元件(4)实现力锁合连接、化学键合和/或形状锁合连接；并且

-使所述模制质量硬化以构造所述温度膨胀补偿体(6)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压电转换器元件(4)如此成型到所述温度膨胀补偿体(6)上，使得10％至30％之间的所述压电转器元件(4)沉入到所述温度膨胀补偿体(6)中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压电转换器元件(4)成型到所述温度膨胀补偿体(6)中，从而所述压电转换器元件(4)的背离所述适应体(8)的侧(53)与所述温度膨胀补偿体(6)的表面(55)齐平。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述适应体(8)在放入到所述成型模具中时为固体。

5.一种超声波转换器芯(2)，其特别是根据权利要求1至4中任一项所述的方法制造，其包括：至少一个压电转换器元件(4)；至少一个适应体(8)，所述适应体促进所述压电转换器元件(4)与周围介质之间的振动耦合；其特征在于，所述超声波转换器芯(4)具有至少一个温度膨胀补偿体(6)，所述温度膨胀补偿体与所述压电转换器元件(4)具有至少一个共同的边界面(50)并且与所述适应体(8)具有至少一个共同的边界面(51)。

6.根据权利要求5所述的超声波转换器芯(2)，其特征在于，所述温度膨胀补偿体(6)由热固性的模制质量制成。

7.根据权利要求5或6中所述的超声波转换器芯(2)，其特征在于，所述适应体(8)由耐高温塑料制成。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的超声波转换器芯(2)，其特征在于，所述适应体(8)由高性能热塑性材料制成。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的超声波转换器芯(2)，其特征在于，所述适应体(8)由聚醚酰亚胺制成。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的超声波转换器芯(2)，其特征在于，所述适应体(8)由经烧结的材料制成。