CN113758999B

CN113758999B - 铌酸锂晶体压电切型及其在高温压电超声换能器中的应用

Info

Publication number: CN113758999B
Application number: CN202111044175.9A
Authority: CN
Inventors: 于法鹏; 王国良; 谢琳芳; 姜超; 刘学良; 李妍璐; 赵显�
Original assignee: Shandong Benyuan Crystal Technology Co ltd
Current assignee: Shandong Benyuan Crystal Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2024-03-15
Anticipated expiration: 2041-09-07
Also published as: CN113758999A

Abstract

本发明公开了铌酸锂晶体压电切型及其在高温压电超声换能器中的应用，其中，铌酸锂晶体压电切型为XZt/θ，10°≤θ≤40°，其X向尺寸、Y向尺寸、Z向尺寸比例为2.9～3.1:1:2.9～3.1。最优压电切型的有效压电常数d^* ₁₅≥75.2pC/N，在20～500℃范围变化率低于15％。利用该最优切型设计高温压电超声换能器，经过高温性能验证，本发明制备的压电超声换能器能够在20～500℃范围内稳定工作，且在500℃时具有较高的监测灵敏度，满足大型工业设备宽温域结构健康监测要求。

Description

铌酸锂晶体压电切型及其在高温压电超声换能器中的应用

技术领域

本发明属于电子材料与器件技术领域，涉及铌酸锂晶体压电切型及其在高温压电超声换能器中的应用。

背景技术

作为重要的无损监测器件，压电超声换能器已广泛应用于国民经济的各个领域。随着现代工业技术特别是航空航天、核电能源和智能制造等工业技术的发展，各类工矿环境对压电换能器的性能提出了更高的要求，迫切期望压电换能器能够在宽温域范围内稳定的监测设备的运转状况，提前预警，避免重要设备的结构性损坏。宽温域响应的压电超声换能器是目前压电器件技术领域的前沿性研究内容，该器件能够对工业设备的突发性损坏做出提前预警，从而避免重大安全事故的发生。因此，应优选高温性能优异的压电材料，制备一款宽温域范围内高工作灵敏度的压电换能器。

目前大多选用锆钛酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃,PZT)、铌酸钾钠(K_0.5Na_0.5NbO₃,KNN)系列压电陶瓷材料制备压电换能器。据报道，PZT具有远高于石英晶体的压电常数和机电耦合系数，压电常数d₁₅可达740pC/N，机电耦合系数k₁₅＝68％。苗鸿臣等人基于PZT优异的性能，研制了一款厚度切变式压电换能器，室温下具有高的工作灵敏度，然而，发明人研究发现，该压电换能器只能在较低温度(室温)下使用。专利CN 103115967A公开了一种压电超声换能器，其压电层材料为铌锂锆钛酸铅陶瓷基压电复合物，该压电超声换能器经过屏蔽处理后，其监测灵敏度大幅提高，但发明人研究发现，该压电超声换能器只能工作在常温环境中。专利CN 202092723U公开的压电换能器，采用一种“音叉式”结构，使用压电陶瓷作为其压电灵敏原件，该压电换能器通过多片陶瓷紧密堆叠提高了压电换能器的监测灵敏度，可是发明人研究发现，该压电换能器的最高耐温仅为260℃。专利CN 203265025U公开的压电换能器，设置压电陶瓷组，通过设置水冷套，使压电陶瓷工作温度始终保持在固定范围，有效提高了压电陶瓷的工作稳定性和电声转化效率，从而保证了其具有较高的监测灵敏度；同样，发明人研究发现，该压电换能器最高工作温度仅为200℃。

综上所述，目前大多数压电换能器只能工作于较低温度(260℃以下)环境中，不能满足宽温域监测要求，因此设计、制备一款宽温域范围内高监测灵敏度的压电换能器对现代大型工业设备的健康运作是非常有必要的。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铌酸锂晶体压电切型及其在高温压电超声换能器中的应用，该晶体切型能够使压电超声换能器在20～500℃范围内稳定工作，满足大型工业设备宽温域结构健康监测要求。

本发明的技术方案为：

一方面，一种铌酸锂晶体压电切型，切型为XZt/θ，10°≤θ≤40°，其X向尺寸、Y向尺寸、Z向尺寸比例为2.9～3.1:1:2.9～3.1，根据被测结构材料的声学频率特性，设计、计算切型的X向尺寸。针对本发明选用的铝合金结构材料，优选X向尺寸为15mm，此时，最优压电切型的谐振频率与被测结构材料的振动频率可实现一致。

铌酸锂晶体属于三方晶系且为3m点群，其物理学轴X、Y和Z轴分别平行于[100]、[120]和[001]的结晶方向。d₂₂和d₃₃的正方向决定了物理学的正Y轴和正Z轴方向，物理的X、Y和Z轴构成右手正交系统，这样晶体的正X轴方向便确定。铌酸锂晶体最大有效压电常数切型为XZt/θ(X方片沿X轴逆时针旋转角度θ，10°≤θ≤40°)，有效压电常数d^* ₁₅≥75.2pC/N。

采用谐振法电弹性能测试手段，验证了切型在20～500℃范围内电弹性能稳定性，当500℃时，d^* ₁₅最大值能够达到89.9pC/N，且有效压电常数d^* ₁₅变化率小于15％。

另一方面，一种上述铌酸锂晶体压电切型在厚度切变式压电超声换能器中的应用。

本发明铌酸锂晶体压电切型可用于制备厚度切变式压电超声换能器，在20～500℃范围内具有可靠的信号输出。

第三方面，一种上述铌酸锂晶体压电切型在高温压电超声换能器中的应用。

第四方面，一种铌酸锂基压电超声换能器，包括压电晶片和高温铠装电缆，高温铠装电缆与压电晶片粘合；

所述压电晶片包括上述铌酸锂晶体压电切型，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面喷涂电极。

第五方面，一种高温压电超声换能器，按照“叠片结构”，依次由99％氧化铝陶瓷匹配层、第一金属镍片、带电极压电晶片、第二金属镍片、95％氧化锆陶瓷背衬层结合形成，所述压电晶片为上述铌酸锂晶体压电切型，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面与金属镍片结合。

本发明通过“叠片结构”组装，能够使器件的各部分紧密贴合，既有利于提高器件在高温环境中的结构稳定性，又能够增强声波信号在各部分间的传输效率，提高器件工作灵敏度。

进一步地，包括封装体，所述封装体包括601合金外壳底座、601合金外壳套管、601合金外壳后盖，外壳底座和外壳后盖设置在外壳套管的两端，使外壳套管内密封，所述叠片结构置于封装体内，叠片结构与外壳后盖之间由高温绝缘胶层密封。

更进一步地，叠片结构与高温绝缘胶层的厚度之和等于外壳套管的长度，匹配层、压电晶体、背衬层、高温绝缘胶层的厚度比为0.9～1.1:15:0.9～1.1:1.9～2.1。充分考虑器件结构间热膨胀系数差异，通过控制器件各组成部分之间的尺寸比例，解决了高温压电换能器的热膨胀一致性难题，实现高温应用。

第六方面，一种上述铌酸锂基压电超声换能器或高温压电超声换能器在结构健康监测中的应用。

本发明的有益效果为：

1.本发明的铌酸锂晶体最优压电切型，同时具有较高的电弹性能温度稳定性，在25～500℃范围内，有效压电常数d^* ₁₅数值最大可达89.9pC/N(500℃),变化率小于15％；另外，本发明的铌酸锂晶体最优压电切型，加工方法简单，只需绕X轴做一次旋转(转角为θ)，即可直接加工出最优压电晶体切型。

2.采用本发明提供铌酸锂晶体最优压电切型，制备了一款宽温域范围内稳定工作的压电超声换能器，通过接收测试基底上Lamb波信号，以达到对大型工业设备结构健康监测的目的；本发明的压电换能器能量转换率高，信号强，抗干扰能力强，在结构健康监测领域具有明朗的应用前景。经过高温性能验证，铌酸锂基压电换能器能够在20～500℃范围内稳定地监测到铝合金板上200mm远处的Lamb波信号，且在500℃时具有较高的监测灵敏度。

3.本发明设计了热膨胀匹配方案，根据器件各部分间的热膨胀系数差异，调整各部分间的尺寸比例，配合高温绝缘胶来实现整体压电换能器的密闭封装，使其能够在高温环境中稳定工作，由此制备的压电换能器监测灵敏度高，工作温度范围广，特别适合高温环境应用。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明铌酸锂晶体最优压电切型示意图；

图2为本发明压电超声换能器(XZt/35°)500℃时的测试结果示意图；

图3为本发明压电超声换能器(XZt/22°)500℃时的测试结果示意图；

图4为本发明压电超声换能器(XZt/15°)500℃时的测试结果示意图；

图5为本发明压电超声换能器整体结构示意图；

图6为本发明所述高温电缆结构示意图；

图7为本发明所述陶瓷螺栓结构示意图；

图8为本发明所述601合金外壳后盖结构示意图；

图9为本发明所述95％氧化锆陶瓷背衬层结构示意图；

图10为本发明所述金属镍片结构示意图；

图11为本发明所述99％氧化铝陶瓷匹配层结构示意图；

图12为本发明所述601合金外壳套管结构示意图；

图13为本发明所述601合金外壳底座结构示意图；

其中，1、高温电缆；2、陶瓷螺栓；3、601合金外壳后盖；4、601合金外壳套管；5、高温绝缘胶；6、金属镍片；7、601合金外壳底座；8、99％氧化铝陶瓷匹配层；9、95％氧化锆陶瓷背衬层；10、压电晶体；11、螺纹孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

压电效应：当一些电介质沿一定方向上受到外力的作用发生形变时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它可以恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生形变，电场去掉后，电介质的形变随之消失，这种现象称为逆压电效应。

有效压电常数：晶体绕压电物理轴X-Y-Z坐标系某一个或多个轴旋转后得到的压电常数，称为有效压电常数，记作d^* _ij。

本发明铌酸锂晶体晶向的确定，可参阅美国电子电器工程师协会(IEEE)关于压电材料的有关规定，为本领域公知常识。

鉴于现有压电换能器工作温度较低，本发明提出了一种铌酸锂晶体压电切型及由其制备的高温压电超声换能器。

本发明的一种典型实施方式，提供了铌酸锂晶体压电切型，切型为XZt/θ，10°≤θ≤40°，θ可以为10°～20°、20°～30°、30°～40°等，其X向尺寸、Y向尺寸、Z向尺寸比例为2.9～3.1:1:2.9～3.1，根据被测结构材料的声学频率特性，设计、计算切型的X向尺寸。针对本发明选用的铝合金结构材料，优选X向尺寸为15mm，此时，最优压电切型的谐振频率与被测结构材料的振动频率可实现一致。

本发明提供的铌酸锂晶体压电切型在20～500℃范围内电弹性能较为稳定，当500℃时，d^* ₁₅＝89.9pC/N，有效压电常数d^* ₁₅变化率小于15％。

本发明的另一种实施方式，提供了一种上述铌酸锂晶体压电切型在制备厚度切变式压电超声换能器中的应用。

本发明铌酸锂晶体的压电切型可用于制备切变式压电超声换能器，在20～500℃范围内具有可靠的信号输出。

本发明的第三种实施方式，提供了一种上述铌酸锂晶体压电切型在高温压电超声换能器中的应用。

本发明的第四种实施方式，提供了一种铌酸锂基压电超声换能器，包括压电晶片和高温铠装电缆，将温铠装电缆通过高温导电胶粘接在压电晶片喷有铂金电极的两面。

所述压电晶片包括上述铌酸锂晶体压电切型，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面喷涂铂金电极。

该实施方式的一些实施例中，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面抛光后设置电极。

在一种或多种实施例中，抛光后的表面平整度为0.95～1.05μm。

该实施方式的一些实施例中，所述电极为铂金电极，铂金电极的厚度为190～210nm。

该实施方式的一些实施例中，高温铠装电缆与压电晶片通过高温导电胶粘合。

其制备方法为：加工得到上述铌酸锂晶体压电切型，将铌酸锂晶体压电切型X向晶面进行精密抛光(表面平整度≈1μm)，随后利用离子溅射仪，在抛光后晶面上镀200nm厚铂金电极，然后利用高温导电胶将压电晶片与高温铠装电缆粘合，得到铌酸锂基压电超声换能器。

本发明的第五种实施方式，提供了一种高温压电超声换能器，包括叠片结构，所述叠片结构依次由99％氧化铝陶瓷匹配层、第一金属镍片、带电极压电晶片、第二金属镍片、95％氧化锆陶瓷背衬层结合形成，所述压电晶片为上述铌酸锂晶体压电切型，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面与第一金属镍片和第二金属镍片结合。

该实施方式的一些实施例中，包括封装体，所述封装体包括601合金外壳底座、601合金外壳套管、601合金外壳后盖，外壳底座和外壳后盖设置在外壳套管的两端，使外壳套管内密封，所述叠片结构置于封装体内，叠片结构与外壳后盖之间由高温绝缘胶层密封。通过高温绝缘胶层提高了器件的密封性及牢固性。

在一种或多种实施例中，叠片结构与高温绝缘胶层的厚度之和等于外壳套管的长度，匹配层、压电晶体、背衬层、高温绝缘胶层的厚度比为0.9～1.1:15:0.9～1.1:1.9～2.1。封装体的材料优选为601合金，匹配层的材料优选为99％氧化铝陶瓷，背衬层的材料优选为95％氧化锆陶瓷。组成器件的各部分间热膨胀系数存在差异，具体地，601合金的热膨胀系数为15.1×10^-6/℃，99％氧化铝陶瓷的热膨胀系数为7.7×10^-6/℃，95％氧化锆陶瓷的热膨胀系数为10×10^-6/℃，铌酸锂晶体的热膨胀系数为17.1×10^-6/℃，高温绝缘胶的热膨胀系数为8×10^-6/℃；根据热膨胀系数的求算公式：具体地，优选601合金外壳套管的有效长度为19mm，99％氧化铝陶瓷匹配层的有效厚度为1mm，95％氧化锆陶瓷背衬层的有效厚度为1mm，铌酸锂晶体的有效厚度为15mm，高温绝缘胶的有效厚度为2mm。其优势在于充分考虑器件结构间热膨胀系数差异，通过控制器件各组成部分之间的尺寸比例，解决了高温压电换能器的热膨胀一致性难题，实现高温环境下的稳定应用。601合金外壳套管的有效长度为19mm，99％氧化铝陶瓷匹配层的有效厚度为1mm，95％氧化锆陶瓷背衬层的有效厚度为1mm，铌酸锂晶体的有效厚度为15mm，高温绝缘胶的有效厚度为2mm，在工作温度范围内，后四者的伸长量与601合金外壳套管的伸长量基本相同(误差＜1％)，这样不仅能够保证器件的高温结构稳定性，而且能够器件具有高的工作灵敏度。

在一种或多种实施例中，包括陶瓷螺栓，所述陶瓷螺栓匹配连接外壳后盖，与压电晶体连接的高温铠装电缆通过陶瓷螺栓引出，陶瓷螺栓一方面可以将高温电缆引出，另一方面可以隔绝高温电缆与外壳后盖的接触。

该实施方式的一些实施例中，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面进行精密抛光并且沉积200nm厚铂金电极，匹配层表面同样进行精密抛光。随后将铌酸锂晶体压电切型的抛光面与匹配层的抛光面通过高温导电胶粘合。将匹配层和压电晶片的抛光面粘合，更有利于声波在两者界面上的传播，提高声波透过率，减少信号损失，进一步提高压电换能器的传感灵敏度。

其制备方法为：按照“叠片结构”，依次利用高温导电胶将99％氧化铝陶瓷匹配层、第一金属镍片、带电极压电晶片、第二金属镍片、95％氧化锆陶瓷背衬层粘合；待粘接牢固后将其一同放入金属外壳套管内，在惰性气体氛围内利用激光焊接机将金属外壳后盖和金属外壳底座焊接在外壳套管上，得到封装密闭件；高温铠装电缆从压电晶体后端金属镍片经陶瓷螺栓引出。

本发明的第六种实施方式，提供了一种结构健康监测用铌酸锂基压电超声换能器或高温压电超声换能器。

所述结构可以为航空航天装置中的结构，可以为核电能源装置中的结构，也可以为智能制造装置中的结构。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

通过COMSOL有限元软件模拟和实际测量，得到铌酸锂晶体最优压电切型，切型为XZt/θ，10°≤θ≤40°，其尺寸比例优选为3(X):1(Y):3(Z)，根据被测结构材料的声学频率特性，设计、计算切型的X向尺寸。针对本发明选用的铝合金结构材料，优选X向尺寸为15mm，此时，切型的谐振频率与被测结构材料的振动频率可实现一致，切型产生纯净的厚度切变振动模态且谐振频率为～150kHz，如图1所示。

通过金刚石切割机制备得到晶体切型(θ＝35°)，利用离子溅射仪在晶片两X面沉积200nm厚铂金电极，将样品置于程序控制升温炉中，测试其电弹性能随温度的变化规律，温度范围设为：20～500℃。结果显示，20℃时，该切型的有效压电常数d^* ₁₅为79.7pC/N，且在20～500℃范围内，变化率小于15％，随温度变化较稳定，证明该切型在宽工作温域压电换能器制备方面具有明朗的应用前景。

实施例2

(1)加工获得实施例1中切型，对其X向两晶面进行精密抛光(表面平整度≈1μm)，随后利用离子溅射仪在抛光后晶面上镀200nm厚铂金电极，最后利用高温导电胶将压电晶片与高温铠装电缆连接，制作得到原型铌酸锂基压电换能器。

(2)将(1)中连接好的压电换能器放入高温管式炉中，外接程序测温仪，用于精密监测压电换能器处实际工作温度。

(3)测试过程中将管式炉设置为程序控温，升温速率为3℃/min，升高到600℃，利用外置测温仪，精密监测压电换能器处实际温度，每隔50℃记录一组声波信号数据。

器件高温性能验证过程中，根据Hsu-Nielsen原理，在铝合金板一端距离压电换能器200mm处进行信号激励，以提供连续不断的Lamb波声源信号。实际测试结果显示，在500℃时，该压电换能器能够有效的监测到200mm远处传来的Lamb信号，信号强度仍然能够达到19.5mV，如图2所示。

实施例3

通过金刚石切割机制备得到晶体切型(θ＝22°)，利用离子溅射仪在晶片两X面沉积200nm厚铂金电极，将样品置于程序控制升温炉中，测试其电弹性能随温度的变化规律，温度范围设为：20～500℃。结果显示，20℃时，该切型的有效压电常数d^* ₁₅为78.8pC/N，随温度变化较稳定，证明该切型在宽工作温域压电换能器制备方面具有明朗的应用前景。

利用该切型按照实施例2进行高温压电换能器组装，500℃环境中，信号强度仍然能够达到18.2mV，如图3所示，说明该切型在高温压电换能器应用方面具有优势。

实施例4

通过金刚石切割机制备得到晶体切型(θ＝15°)，利用离子溅射仪在晶片两X面沉积200nm厚铂金电极，将样品置于程序控制升温炉中，测试其电弹性能随温度的变化规律，温度范围设为：20～500℃。结果显示，20℃时，该切型的有效压电常数d^* ₁₅为76.5pC/N，随温度变化较稳定，证明该切型在宽工作温域压电换能器制备方面具有明朗的应用前景。

利用该切型按照实施例2进行高温压电换能器组装，500℃环境中，信号强度仍然能够达到15mV，如图4所示，说明该切型在高温压电换能器应用方面具有优势。

实施例5

为了更好的使压电换能器稳定工作于高温环境中，对实施例2中的压电换能器进行了密闭封装，得到如图5所示的压电换能器整体结构：

封装过程中用到的主要材料包括：高温电缆1(图6)、陶瓷螺栓2(图7)、601合金外壳后盖3(图8)、601合金外壳套管4(图12)、高温绝缘胶5、金属镍片6(图10)、601合金外壳底座7(图13)、99％氧化铝陶瓷匹配层8(图11)、95％氧化锆陶瓷背衬层9(图8)、压电晶体10。

制备过程如下：

(1)将陶瓷螺栓2带有螺纹的一端蘸取高温绝缘胶，旋转入外壳后盖3中，保持陶瓷螺栓2与外壳后盖3垂直；把粘合后的陶瓷螺栓和外壳后盖放进烘箱中，在150℃条件下保持10小时以上，待绝缘胶固化，使两者充分粘合。

(2)利用高温导电胶，把匹配层8、金属镍片6、压电晶体10、金属镍片6和背衬层9依次粘合，同样放入烘箱中，在150℃环境下保温10小时以上，使各个部间充分粘结。

(3)将(2)中粘合好的组装体一同放入外壳套管4中，使匹配层8与外壳套管4的下沿平齐，并通过高温导电胶固定；令压电晶体前端的金属镍片6与外壳套管4连接，充当器件的负极；随后将高温电缆1通过陶瓷螺栓2伸入外壳套管4内部，与压电晶体10后端的金属镍片6连接，实现器件与外部信号的导通，充当器件的正极。

(4)将高温电缆1与陶瓷螺栓2间的缝隙灌满高温绝缘胶，把外壳套管后端的空间同样灌满高温绝缘胶，然后把这个器件放入烘箱中使绝缘胶充分固化，提高器件的气密性。

(5)将整个器件放入手套箱，充入惰性气体并采用激光焊接机将外壳后盖3与外壳套管4焊接牢固，把外壳底座7也以同样的方式焊接在外壳套管4上，完成器件封装，得到完整的压电换能器密闭封装件；

(6)器件封装完成后，通过外壳底座7上的螺纹孔11与被测的工业设备接合，来达到监测设备结构健康状况的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铌酸锂晶体压电切型，切型为XZt/θ，10°≤θ≤40°，其X向尺寸、Y向尺寸、Z向尺寸比例为2.9～3.1:1:2.9～3.1。

2.一种权利要求1所述的铌酸锂晶体压电切型在制备厚度切变式压电超声换能器中的应用。

3.一种权利要求1所述的铌酸锂晶体压电切型在高温压电超声换能器中的应用。

4.一种铌酸锂基压电超声换能器，其特征是，包括压电晶片和高温铠装电缆，高温铠装电缆与压电晶片粘合；所述压电晶片包括权利要求1所述的铌酸锂晶体压电切型，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面设置电极。

5.如权利要求4所述的铌酸锂基压电超声换能器，其特征是，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面抛光后设置电极；抛光后的表面平整度为0.95～1.05μm。

6.如权利要求4所述的铌酸锂基压电超声换能器，其特征是，所述电极为铂金电极；所述铂金电极的厚度为190～210nm；高温铠装电缆与压电晶片通过高温导电胶粘合。

7.一种高温压电超声换能器，其特征是，包括叠片结构，所述叠片结构依次由99％氧化铝陶瓷匹配层、第一金属镍片、带电极压电晶片、第二金属镍片、95％氧化锆陶瓷背衬层结合形成，所述压电晶体为权利要求1所述的铌酸锂晶体压电切型，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面与第一、二金属镍片结合。

8.如权利要求7所述的高温压电超声换能器，其特征是，包括封装体，所述封装体包括601合金外壳底座、601合金外壳套管、601合金外壳后盖，外壳底座和外壳后盖设置在外壳套管的两端，使外壳套管内密封，所述叠片结构置于封装体内，叠片结构与外壳后座之间由高温绝缘胶密封；

叠片结构与高温绝缘胶层的厚度之和等于外壳套管的长度，匹配层、压电晶体、背衬层、高温导热胶层的厚度比为0.9～1.1:15:0.9～1.1:1.9～2.1；封装体的材料为601合金；匹配层的材料为99％氧化锆陶瓷；背衬层的材料为95％氧化锆陶瓷；

还包括陶瓷螺栓，所述陶瓷螺栓匹配连接外壳后盖，与压电晶体连接的加工定制高温铠装电缆通过陶瓷螺栓引出。

9.如权利要求7所述的高温压电超声换能器，其特征是，铌酸锂晶体压电切型的X向晶面进行精密抛光，匹配层进行精密抛光；将铌酸锂晶体压电切型的抛光面与匹配层的抛光面进行粘合。

10.一种权利要求4～6任一所述铌酸锂基压电超声换能器或权利要求7～9任一所述高温压电超声换能器在结构健康监测中的应用。