RU2595285C2 - Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя с использованием кристалла ниобата лития, спаянного с золотом и индием - Google Patents
Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя с использованием кристалла ниобата лития, спаянного с золотом и индием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2595285C2 RU2595285C2 RU2014102953/28A RU2014102953A RU2595285C2 RU 2595285 C2 RU2595285 C2 RU 2595285C2 RU 2014102953/28 A RU2014102953/28 A RU 2014102953/28A RU 2014102953 A RU2014102953 A RU 2014102953A RU 2595285 C2 RU2595285 C2 RU 2595285C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- converting element
- manufacturing
- gold
- indium
- Prior art date
Links
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 239000010931 gold Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 45
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 21
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 73
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 9
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-IGMARMGPSA-N lithium-7 atom Chemical compound [7Li] WHXSMMKQMYFTQS-IGMARMGPSA-N 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- GPYPVKIFOKLUGD-UHFFFAOYSA-N gold indium Chemical compound [In].[Au] GPYPVKIFOKLUGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 claims 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 7
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010019345 Heat stroke Diseases 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 150000002472 indium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/03—Assembling devices that include piezoelectric or electrostrictive parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
- G21C17/02—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator
- G21C17/022—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators
- G21C17/025—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators for monitoring liquid metal coolants
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
- H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
- H10N30/073—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies by fusion of metals or by adhesives
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/877—Conductive materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/42—Piezoelectric device making
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя, который содержит стальной или металлический верхний электрод (2), преобразующий элемент (3), выполненный из пьезоэлектрического материала, и стальную или металлическую подложку (1), которая обеспечивает интерфейс между преобразующим элементом и средой распространения акустических волн, первое соединение между подложкой и пьезоэлектрическим кристаллом и второе соединение. между преобразующим элементом и верхним электродом. Сущность: способ выполнения вышеупомянутых соединений на основе золота или индия включает в себя операцию пайки и диффузии, содержащую следующие этапы: первый этап подъема температуры до первой температуры приблизительно от 150°C до приблизительно 400°C и поддержание упомянутой первой температуры в течение первого периода времени, соответствующего первому плато; второй этап подъема температуры до второй температуры от приблизительно 400°C до приблизительно 1000°C и поддержание упомянутой второй температуры в течение второго периода времени, соответствующего второму плато. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области излучающих и приемных устройств или к излучателю-приемнику ультразвуковых, или акустических, волн, распространяющихся в твердых телах и флюидах, обозначаемому далее в описании как Высокотемпературный Ультразвуковой Преобразователь, или TUSHT, предназначенный для работы при высоких температурах, обычно выше нескольких сотен градусов Цельсия.
Вообще говоря, акустические волны могут быть продольными (распространяющиеся во флюидах и в твердых телах), или поперечными (распространяющиеся в твердых телах и в вязких флюидах, например), или комбинациями этих двух типов волн (распространение поверхностных волн, волны в волноводах, волны в твердых телах).
В настоящее время имеется потребность в расширении области функционирования ультразвуковых, или акустических, преобразователей и длительности их эксплуатации особенно в физических условиях горячего коллектора главной камеры реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых жидким металлом.
Этот тип преобразователей действительно может иметь применения в реакторах на быстрых нейтронах, но безотказная работа преобразователей при этом должна быть обеспечена в следующих характерных физических условиях:
- погружение в металл или жидкий расплав (натрий, например);
- рабочая температура в нормальных условиях: 200°C (остановленный реактор), 550°C (работающий реактор);
- рабочая температура в аварийных условиях: 700°C;
- температурные циклы между 200°C и 550°C;
- случайный перепад температур (тепловой удар): 20°C/с между 550°C и 400°C;
- поток быстрых и тепловых нейтронов и фотонов гамма-излучения;
- срок функционирования порядка нескольких десятков лет (срок эксплуатации реакторов: 60 лет);
- температура испытаний (тестов) или изменение температуры от верхней начальной установки до температуры эксплуатации (приблизительно от 600°C для использования при 550°C).
Преобразователи должны иметь возможность также функционировать при температуре окружающей среды (несколько градусов) для лабораторных тестирований.
Преобразователи должны иметь возможность функционировать как излучатели акустических или ультразвуковых волн, как приемники акустических или ультразвуковых волн, как излучатели-приемники.
Преобразователи также должны иметь возможность функционировать в широком диапазоне звуковых, или ультразвуковых, частот, обычно от квазистатического режима до нескольких мегагерц.
Относительно своих общих характеристик, усовершенствования преобразователей ориентированы также в другие области применения, такие как оборудование реакторов с водой с избыточным давлением, или другое высокотемпературное оборудование не в ядерной промышленности.
Известно, что возбуждение и/или прием акустических волн осуществляются с помощью элемента из материала, преобразующего электрическую энергию в механическую энергию и/или наоборот, т.е. из пьезоэлектрического материала, или из магнитострикционного материала, или электромагнитоакустического (EMAT) материала, или из материала какого-либо другого типа.
Преобразующий элемент (пьезоэлектрического типа, например) отделен от среды распространения волн тонкой защитной пластинкой (обычно металлической, или из металлического сплава), обозначаемой в описании как пластинка подложки (иногда обозначаемая как пластинка интерфейса, разделяющая пластинка, фазовая пластинка, связующая пластинка, лицевая пластинка, лицевая панель, диафрагма, …), или, более обобщено, подложка, которая на практике может быть введена как часть корпуса, или деталь для контроля, или как волновод.
Для получения удовлетворительных рабочих параметров, в частности, необходимо определить:
- выбор материала преобразователя;
- выбор материала подложки и, в общем случае, корпуса;
- выбор и реализация типа связующего вещества (соединения) между материалом преобразователя и подложкой, связующего вещества, которое должно обеспечивать механические и акустические эксплуатационные характеристики, то есть быть пригодным для передачи ультразвука в широком диапазоне частот (от квазистатического режима до нескольких мегагерц) и температур (от нескольких градусов до 550°C, и даже 700°C). На своей второй грани, преобразующий материал соединяется с электродом, причем это соединение может быть осуществлено таким же образом, что и между преобразующим материалом и подложкой, или может быть осуществлено каким-либо другим образом. Может быть так, что электрод акустически не соединяется с элементом преобразователя. Слой может служить вторым электродом. От связующего вещества требуется совместимость с требованиями к электрическим параметрам электродов (электрод и подложка, реализованные из проводящих материалов), то есть требуется, чтобы оно не попадало между электродами и элементом преобразователя, поскольку его электрические свойства (удельное сопротивление), и/или диэлектрические свойства, могут препятствовать электрической резистивной и/или емкостной связи, например, посредством контакта между вышеупомянутыми электродами и преобразователем.
Следующая система "подложка - первое соединение - преобразующий материал - второе соединение - электрод", обозначаемая ниже в описании как сборка, должна функционировать (механически, электрически и акустически) продолжительно и со стабильными характеристиками в перечисленных выше неблагоприятных условиях.
Используемая иногда технология заключается в применении волноводов, одна концевая часть которых находится в контакте со средой при высокой температуре, а другая концевая часть располагается в зоне более холодной и подвергаемой слабым радионуклидным потокам и имеющей обычный низкотемпературный преобразователь. Эти устройства используются с осторожностью, особенно при наличии перепадов и нестабильностей температуры.
Кроме того, следует отметить, что коммерческие ультразвуковые преобразователи, называемые "высокотемпературными", не позволяют достичь требуемых рабочих параметров относительно диапазона температур, диапазона частот и продолжительности эксплуатации. В частности, реальные ограничения обусловлены тем, что:
- материал пьезоэлектрического преобразователя имеет недостаточно высокую температуру Кюри, например;
- тип соединения, используемого между этим материалом и слоем (корпусом): клеи, пасты, конденсируемые соединения…, не выдерживают необходимой температуры или температурных циклов, или перепадов температуры, или не выдерживают механических напряжений, вызванных температурой или функционированием преобразователя, а также тем, что преобразователь деградирует вследствие агрессивности среды, или вследствие химических реакций;
- тип соединения, используемого между этим материалом и пластинкой: сухой контакт посредством нажатия (винт, пружина), например, не приспособлен для передачи высокочастотного ультразвука.
Кроме того, используемые материалы (преобразователь, соединение) часто становятся хрупкими в условиях ядерного облучения.
Именно поэтому настоящее изобретение имеет целью способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя, включающего в себя верхний стальной или металлический электрод, преобразующий элемент, выполненный из пьезоэлектрического материала, и стальную или металлическую подложку, обеспечивающую интерфейс между преобразующим элементом и средой распространения акустических волн, первое соединение между подложкой и пьезоэлектрическим кристаллом, второе соединение между преобразующим элементом и верхним электродом, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы для реализации вышеупомянутых соединений:
- нанесение слоя золота с последующим нанесением слоя индия на одну из поверхностей верхнего электрода, на обе поверхности преобразующего элемента и на поверхность стальной подложки;
- пакетирование подложки, преобразующего элемента и верхнего электрода, выполняемое под давлением;
- выполнение первого соединения и второго соединения на основе композита золота и индия посредством операции пайки и диффузии;
- вышеупомянутая операция пайки и диффузии содержит следующие этапы:
• первый этап подъема температуры до первой температуры от приблизительно 150°C и до 400°C, и поддержание этой первой температуры в течение первого периода времени, соответствующего первому плато;
• второй этап подъема температуры до второй температуры от приблизительно 400°C и до приблизительно 1000°C, и поддержание этой второй температуры в течение второго периода времени, соответствующего второму плато.
Изобретение имеет целью также способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя, включающего в себя верхний стальной или металлический электрод, преобразующий элемент, выполненный из пьезоэлектрического материала, и стальную или металлическую подложку, которая обеспечивает интерфейс между преобразующим элементом и средой распространения акустических волн, первое соединение между подложкой и пьезоэлектрическим кристаллом, второе соединение между преобразующим элементом и верхним электродом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит следующие этапы для выполнения вышеупомянутых соединений:
- нанесение слоя золота с последующим нанесением слоя индия на первую поверхность преобразующего элемента и на поверхность стальной подложки;
- вторая поверхность преобразующего элемента, в равной степени, или с обработкой, осуществляемой на поверхности электрода, или оставленной не покрытой, или покрытой слоем золота с последующим покрытием слоем индия, или покрытой слоем золота, или любым другим материалом, предпочтительно не окисляемым, и электрические и диэлектрические свойства которого совместимы с электрическим резистивным и/или емкостным соединением, например, контактным соединением преобразующего элемента и электрода;
- поверхность электрода, которая в равной степени может быть с обработкой, осуществляемой на второй поверхности преобразователя, или оставленной не покрытой, или покрытой слоем золота с последующим покрытием слоем индия, или покрытой слоем золота, или любым другим материалом, предпочтительно не окисляемым, и электрические и диэлектрические свойства которого совместимы с электрическим резистивным и/или емкостным соединением, например, посредством контакта электрода и преобразующего элемента;
- пакетирование подложки и преобразующего элемента, выполняемое под давлением, причем вышеупомянутая первая поверхность преобразующего элемента обращена к вышеупомянутой подложке;
- выполнение первого соединения на основе композита золота и индия посредством операции пайки и диффузии;
- вышеупомянутая операция пайки и диффузии содержит следующие этапы:
• первый этап подъема температуры до первой температуры от приблизительно 150°C и до приблизительно 400°C, и поддержание этой первой температуры в течение первого периода времени, соответствующего первому плато;
• второй этап подъема температуры до второй температуры от приблизительно 400°C и до приблизительно 1000°C, и поддержание этой второй температуры в течение второго периода времени, соответствующего второму плато.
- пакетирование верхнего электрода на преобразующем элементе;
- выполнение второго соединения посредством контакта между преобразующим элементом и верхним электродом.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, осуществление при операции пайки и диффузии первого плато при "средней" температуре, затем второго плато при "высокой" температуре, позволяет обеспечить очень хорошее качество соединения, особенно хорошо приспособленного для тех применений, к которым обращена настоящая заявка.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, пьезоэлектрический материал представляет собой ниобат лития.
Ниобат лития может быть представлен во всех своих формах, химических составах и обработках, например: монокристаллический или поликристаллический ниобат лития, конгруэнтный, стехиометрический, или почти стехиометрический, или восстановленный ("черный ниобат лития"), с чередующимися или с переключаемыми доменами поляризации, с периодической поляризацией (PPL, периодически поляризованный ниобат лития), легированный (с включенными или замененными химическими элементами); ниобат лития может быть выращенным любой соответствующей методикой, например: вытягиванием методом Чохральского, или модифицированным методом Чохральского, выращиванием методом зонной плавки, выращиванием методикой золь-гель.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, содержание индия в атомных процентах ниже приблизительно на 35%.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, ниобат лития представляет собой чистый ниобат лития или ниобат лития, обогащенный изотопом литий 7.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, ниобат лития имеет Z- срез (Y 90°).
В соответствии с вариантом реализации изобретения, ниобат лития имеет Y-срез 36° или Y-срез 163°.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, вышеупомянутая первая температура превышает температуру плавления чистого индия.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, вышеупомянутая первая температура составляет около 170°C.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, вышеупомянутая вторая температура составляет около 650°C.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, первая температура несколько возрастает в течение первого периода времени.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, первый период времени составляет около 1 часа, второй период времени составляет около 2 часов, подъем температуры между вышеупомянутой первой температурой и вышеупомянутой второй температурой составляет около 4 часов.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, этапы выполнения паяных соединений выполняются при вторичном разрежении, которое может быть около 10-5 мбар.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, этапы выполнения паяных соединений выполняют при поддержании сборки в условиях умеренного одноосного давления, которое может быть ниже приблизительно 2 кг/см2.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, способ содержит объединение сборки: подложка - первое соединение - преобразующий элемент - второе соединение - верхний электрод в корпусе, причем вышеупомянутая подложка представляет собой тонкую пластину, интегрированную в указанный корпус.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, вышеупомянутый корпус содержит средства вентиляции, позволяющие возобновить содержание кислорода, имеющегося в вышеупомянутом корпусе.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, способ для выполнения паяных соединений дополнительно содержит:
- монтаж сборки, образованной верхним электродом, преобразующим элементом и подложкой, или преобразующим элементом и подложкой, при наличии фольги на основе золота и индия, или смесей золота и индия, вставленной между каждым из вышеупомянутых элементов;
- операцию пайки и диффузии.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, способ дополнительно содержит предварительное нанесение слоев золота на поверхностях вышеупомянутых элементов, предназначенных для способствования операции монтажа пайкой так, чтобы улучшить адгезию вышеупомянутой фольги на основе золота и индия, или смеси золота и индия.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, операции нанесения слоев осуществляются катодным распылением.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, способ дополнительно содержит, до нанесения слоев золота, нанесение сцепляющих слоев на поверхностях электрода и/или преобразующего элемента и/или подложки.
Сцепляющий слой может также выполнять функцию барьера по отношению к миграции элементов или и/или индия в материалы, расположенные по обе стороны соединений, при операции нанесения слоев и/или в условиях температуры и давления, предшествующих операциям пайки. Это позволяет, таким образом, избежать того, чтобы нанесенные слои проникали в материалы до пайки.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, один или несколько сцепляющих слоев выполнены на основе хрома и/или хрома и никеля или титана.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, способ дополнительно содержит нанесение защитного слоя на слой индия.
В соответствии с вариантом реализации изобретения, защитный слой представляет собой слой на основе золота.
Изобретение будет лучше понято, и проявятся прочие его преимущества, при чтении описания, которое, с не ограничивающим заголовком, приводится ниже, а также благодаря сопровождающим чертежам, среди которых:
- Фиг.1а и 1b изображают первый пример осуществления преобразователя в соответствии с изобретением;
- Фиг.2a и 2b - примеры циклов пайки, позволяющей получить представляемые соединения в преобразователе представляемого изобретения;
- Фиг.3 - второй пример осуществления преобразователя в соответствии с изобретением, содержащий использование вставляемой фольги;
- Фиг.4 - устройство, содержащее преобразователь по изобретению и средства, позволяющие ему функционировать при температурах, достигающих обычно от 530°C до 600°C, при том что температура, ограничивающая функционирование сборки подложка-преобразователь-электрод, превышает 900°C.
Настоящее изобретение описывается в отношении осуществления ультразвукового преобразователя, заключенного в корпус, и, в частности, служащего для обнаружения дефектов объектов, для обнаружения наличия пузырей газа, и т.д., в натрии, в непрозрачной среде, не позволяющей оптическое обнаружение, или для обнаружения шумов.
Настоящее изобретение полезно, в частности, для материалов с соединениями, осуществляемыми пайкой, которые позволяют передачу акустических волн в широком диапазоне частот.
Первый пример осуществления сборки, используемой в преобразователе по изобретению:
Реализуются следующие пакеты слоев на каждом из элементов: подложка, преобразующий элемент, верхний электрод, вышеупомянутая подложка, соответствующая тонкой пластине корпуса. Таким образом, как показано на Фиг.1:
Подложка 1 покрыта пакетом слоев, составленным из следующих слоев:
- сцепляющий слой 11;
- слой золота 21;
- слой индия 31;
- защитный слой 41.
Верхний электрод 2 включает в себя также следующий пакет слоев:
- защитный слой 42:
- слой индия 32;
- слой золота 22;
- сцепляющий слой 12.
Преобразующий элемент, который может быть составлен из пьезоэлектрического кристалла 3, включает в себя на своей нижней поверхности следующий пакет слоев:
- защитный слой 43i;
- слой индия 33i;
- слой золота 23i;
- сцепляющий слой 13i
и на верхней поверхности, симметричный пакет слоев, а именно:
- сцепляющий слой 13s;
- слой золота 23s;
- слой индия 33s;
- защитный слой 43s.
Предпочтительно, подложка представляет собой тонкую пластину, и электрод, обозначенный как верхний, может быть выполнен из стали различных марок, но традиционно используется аустенитная сталь типа 304L (при необходимости переплавленная в вакууме).
После сборки получается структура преобразователя, показанная на Фиг.1b, где видны первое и второе соединения J1 и J2, расположенные, соответственно, между подложкой и преобразующим элементом с одной стороны, и между преобразующим элементом и верхним электродом с другой стороны.
Преобразующий элемент может быть диском, приготовленным из:
- монокристаллического ниобата лития, конгруэнтного состава, в виде кристаллографического среза, обозначаемого как Z-срез (ось диска, параллельна "оптической" оси кристалла), полученного с помощью метода выращивания, называемого методом "Чохральского", причем плоские поверхности дисков ниобата лития изначально полируются, или шлифуются;
- чистого ниобата лития, позволяющего функционирование при высокой температуре (теоретически ограниченной значением приблизительно 1140°C);
- ниобата лития, обогащенного литием-7, полученным изначально из карбоната лития, обогащенного литием-7, с содержанием изотопа лития-7 выше 99,9%, и чистого оксида ниобия, и позволяющего расширение возможностей функционирования в условиях потока интенсивных нейтронов;
- ниобат лития (чистый, или обогащенный литием-7), возможно подвергнутый, до выращивания кристалла, термической обработке, предназначенной для устранения газа CO2 из исходных материалов.
Следует отметить, что использование стали типа 304L и указанного кристаллографического Z-среза позволяет успешно собрать эти два материала посредством пайки, при том что значения коэффициентов теплового расширения оказываются достаточно близки в плоскости соединения.
Предпочтительно, последовательные операции нанесения четырех слоев на каждом из элементов могут быть осуществлены катодным распылением в вакууме, причем в том же самом цикле, без прерывания вакуума между различными фазами нанесения слоя.
Операции нанесения (режим, толщины) одинаковы для каждой из поверхностей, собираемых пайкой, по причинам симметрии, причем толщины могут также и не быть идентичными.
Ниже приводятся два примера пакета металлических слоев, причем первый слой тот, который наносится на подложку, или на преобразующий элемент, или на электрод.
Пример A:
Слой | Назначение | Материал | Толщина (мкм) |
1-й слой | Сцепление | Хром | 0,05 |
2-й слой | Пайка | Золото | 5 |
3-й слой | Пайка | Индий | 2 |
4-й слой | Защита | Золото | 0,1 |
Пример B:
Слой | Назначение | Материал | Толщина (мкм) |
1-й слой | Сцепление | Никель-Хром 80-20 | 0,05 |
2-й слой | Пайка | Золото | 5 |
3-й слой | Пайка | Индий | 2 |
4-й слой | Защита | Золото | 0,15 |
Соединения J1 и J2 получаются благодаря циклу пайки, осуществляемому в следующих условиях:
- собираемые детали располагаются металлизированными плоскостями напротив друг друга и поддерживаются при умеренном одноосном давлении (обычно используемое значение составляет несколько 102 г/см2, ниже 2 кг/см2, для преобразующих элементов диаметром 40 и 15 мм) в течение всей длительности цикла;
- расположенные таким образом детали подвергаются циклу пайки в печи, в условиях вакуума (или при пониженном давлении, или равном 3×10-5Торр, или 4×10-5мб, или 4×10-3Па), без газового потока.
Цикл пайки содержит два температурных плато, показанные на Фиг.2a, последовательно:
- первое плато P1, позволяющее, в частности, плавление индия при низкой температуре: 170°C, при длительности T1, равной 1 час, поддержание этого плато, позволяющее также дегазацию;
- подъем температуры между 170°C и 650°C, при длительности 4 часа;
- второе плато P2, при высокой температуре: 650°C, при длительности T2, равной 2 часам;
- постепенное снижение температуры.
Вариант цикла пайки показан на Фиг.2b. Следует отметить, что фактически возможно также осуществлять циклы пайки постепенными подъемами температуры и без явных плато.
Возможно также осуществлять промежуточные плато для улучшения выравнивания температуры спаиваемых деталей.
В целом, четыре металлических слоя наносятся последовательно без нарушения вакуума между двумя последовательными нанесениями, и операции нанесения (режим, толщины) идентичны на обеих объединяемых пайкой деталях из соображений симметрии, без того, что равенство толщин слоев непременно необходимо.
Толщины индия и золота, предназначенные для образования окончательного слоя золота и индия для соединения, могут быть предпочтительно в соотношении 2/5, соответствуя теоретическому проценту индия (индий/(индий + золото)) порядка 13% по массе и 20% по числу атомов.
Специфичность состава золото-индий и длительность выдерживания температуры при пайке обеспечивают для паяной сборки температуру плавления и разъединения, которая на практике является максимальной температурой использования, более высокую, чем таковая при методах соединения на основе золото-индий, которые используют большие отношения индий/золото и которые ограничиваются плато "низкая температура" для плавления индия, до температур, близких к плато P1, для которых температура плавления и разъединения сборки оказывается недостаточной для указанных выше применений.
Второй пример реализации сборки, использованной в преобразователе в соответствии с изобретением.
На поверхности подложки 1, на обеих поверхностях преобразующего элемента 3 и на поверхности верхнего электрода 2 реализуется нанесение слоя золота (после первоначального нанесения сцепляющего слоя, не показанного на Фиг.3), соответственно 11, 13i, 13s и 12, как показано на Фиг.3, и вставляется фольга из золота и индия (фольга из индия, вставляется между двумя золотыми фольгами), или смесь золота и индия, F1 и F2, между этими различными элементами (на Фиг.3, F1 и F2 могут отображать совокупность фольг). Типично толщина фольги индия и золота может быть порядка десятка микрон.
Затем можно приступать к одному из описанных выше циклов пайки для получения преобразователя, включающего в себя оба соединения J1 и J2 на основе золота и индия.
Пример преобразователя TUSHT по изобретению:
Описанные выше сборки могут быть успешно объединены в ультразвуковом преобразователе TUSHT, таком как представленный на Фиг.4 и предназначенный для возможного функционирования при очень высоких температурах, потенциально порядка от 900 до 1000°C, позволяя планировать применения в главной камере ядерного реактора на быстрых нейтронах, охлаждаемого натрием, во всех режимах его функционирования.
Преобразующий элемент 3 включает в себя плоский пьезоэлектрический диск ниобата лития, типично имеющий диаметр 40 мм, или 15 мм, или 6 мм и толщину 0,78 мм.
Стальной лист 1 плоский и может иметь толщину 1,2 мм. Это обычное значение не является ограничительным, но, тем не менее, оно ограничивается необходимостью долгосрочного нахождения в натрии.
Электрод 2 также стальной и плоский, с толщиной, обычно составляющей между 1 и 2 мм, и эти значения не являются ограничительными.
Тонкая пластина приварена к корпусу B, также стальному.
Преобразователь снабжен электрическим кабелем Cei (например, коаксиального типа), внутренняя жила которого приварена к электроду и внешняя стальная оболочка приварена к корпусу и, таким образом, электрически соединена с тонкой пластиной.
Гайка 4, завинченная в корпусе, может упираться в опору на электроде через шайбу, выполненную из электрически изолирующего материала (например, из стуматита). Эта гайка может быть заменена любым устройством (пружиной, …), выполняющим ту же функцию.
Гайка 4 служит, чтобы:
- противостоять деформациям тонкой пластины, которые могут повредить сборку при воздействии внешнего давления, например. Размеры гайки определяются физическими условиями, температурой и давлением, характерными для камеры реактора с водой при избыточном давлении (17бар, 320°C). Гайка не необходима для функционирования в нормальных условиях главной камеры реактора на быстрых нейтронах, охлаждаемого жидким натрием (при малом давлении задание размеров должно гарантировать функционирование при 550°C и 40бар);
- нажимать на электрод на пьезоэлектрическом элементе в случае не паяного электрода (электрическая неразрывность посредством резистивного и/или емкостного контакта).
Число, положение и гашение резонансных частот регулируются изменением толщины акустически связанных материалов: тонкая пластина, пьезоэлектрический элемент, электрод, или тонкая пластина и пьезоэлектрический элемент, в соответствии с вариантами.
Один TUSHT может одновременно обладать набором резонансных частот (каждой соответствует своя собственная полоса пропускания), и может быть использованным по отдельности или одновременно на каждой из этих частот, как приемник-излучатель, например, в случаях:
- возможности осуществлять измерения при различной степени осевого или бокового разрешения (направленности), что связано с частотой, через длину волны, сигналов,
- возможности осуществлять измерения на частоте(-ах), наилучшим образом соответствующих условиям затухания акустических волн в среде распространения, которое зависит в общем случае от частоты и которое может быть заданным переменным параметром.
При стандартных размерах, паяные TUSHT используются в излучателе, в приемнике, в излучателе-приемнике в широкой области частот (по меньшей мере, до 5 МГц).
Предпочтительно, корпус дополнительно оснащен трубопроводами вентиляции Та, и электрическими изоляторами Iei. Тонкий слой 51 золота может быть предусмотренным на внешней стороне корпуса, на стороне пластины 1, для облегчения смачивания (в смысле акустической передачи ультразвука) средой распространения ультразвуковых волн Multra, если она представляет собой жидкий натрий при низкой температуре (ниже 350°C), например.
Преобразователь настоящего изобретения может также предпочтительно включать в себя:
- многослойные сборки, включающие в себя один или несколько пьезоэлектрических дисков, добавляемые в соответствии с моделью Tonpiltz, при механическом сжатии, с целью увеличивать отдачу преобразователя (применение к методикам нелинейной акустики), в случае необходимости с добавляемой фокусирующей пластиной.
Может также оказаться полезным собрать многоэлементные преобразователи (составленные из рядом расположенных элементов в матрице), используемые в типовых отображающих устройствах с использованием способов электронной или программной обработки сигналов различных элементов (накопление, комбинации, задержки, …).
Реализация может быть получена различным образом и, например:
- реализуя изначально классическую паяную сборку (моноэлемент) подложка - преобразующий элемент - электрод, затем задание элементов в матрице обработкой насечек (механической распиловкой или любым другим способом) в толщине сборки (насечки, пересекающие, по меньшей мере, электрод, даже пьезоэлектрический элемент и проникая в пластину);
- реализуя изначально сборку моноэлемента подложка - преобразующий элемент - электрод, металлизации пайки которого (на пьезоэлектрическом элементе, даже на пластине и на электроде) ограничиваются (с использованием масок) элементами в матрице, задавая элементы преобразователя, затем механическое разделение элементов в матрице обработкой насечек;
- индивидуальной пайкой предварительно вырезанных элементов в матрице (пьезоэлектрический материал и электроды).
Наконец следует отметить, что методика сборки пайкой приспособлена к различным геометриям: осесимметричной при вращении (диски), плоского наложения (параллелепипеды, например).
Claims (23)
1. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя, содержащего верхний стальной или металлический электрод (2), преобразующий элемент (3), выполненный из пьезоэлектрического материала, и стальную или металлическую подложку (1), которая обеспечивает интерфейс между преобразующим элементом и средой распространения акустических волн, первое соединение (J1) между подложкой и пьезоэлектрическим материалом и второе соединение (J2) между преобразующим элементом и верхним электродом, отличающийся тем, что для выполнения вышеупомянутых соединений он содержит следующие этапы:
- нанесение слоя золота с последующим нанесением слоя индия на одну из поверхностей верхнего электрода, на обе поверхности преобразующего элемента и на поверхность стальной подложки;
- пакетирование подложки, преобразующего элемента и верхнего электрода, выполняемое под давлением;
- выполнение первого соединения и второго соединения на основе смеси золота и индия посредством операции пайки и диффузии;
- вышеупомянутая операция пайки и диффузии, включает в себя следующие этапы:
- первый этап подъема температуры до первой температуры от приблизительно 150°C до приблизительно 400°C и поддержание этой первой температуры в течение первого периода времени, соответствующего первому плато;
- второй этап подъема температуры до второй температуры от приблизительно 400°C до приблизительно 1000°C и поддержание этой второй температуры в течение второго периода времени, соответствующего второму плато.
- нанесение слоя золота с последующим нанесением слоя индия на одну из поверхностей верхнего электрода, на обе поверхности преобразующего элемента и на поверхность стальной подложки;
- пакетирование подложки, преобразующего элемента и верхнего электрода, выполняемое под давлением;
- выполнение первого соединения и второго соединения на основе смеси золота и индия посредством операции пайки и диффузии;
- вышеупомянутая операция пайки и диффузии, включает в себя следующие этапы:
- первый этап подъема температуры до первой температуры от приблизительно 150°C до приблизительно 400°C и поддержание этой первой температуры в течение первого периода времени, соответствующего первому плато;
- второй этап подъема температуры до второй температуры от приблизительно 400°C до приблизительно 1000°C и поддержание этой второй температуры в течение второго периода времени, соответствующего второму плато.
2. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя, содержащего верхний стальной или металлический электрод (2), преобразующий элемент (3), выполненный из пьезоэлектрического материала, и стальную или металлическую подложку (1), которая обеспечивает интерфейс между преобразующим элементом и средой распространения акустических волн, первое соединение (J1) между подложкой и пьезоэлектрическим материалом и второе соединение (J2) между преобразующим элементом и верхним электродом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит следующие этапы для выполнения вышеупомянутых соединений:
- нанесение слоя золота с последующим нанесением слоя индия на первую поверхность преобразующего элемента и на поверхность стальной подложки;
- вторая поверхность преобразующего элемента независимо от обработки, осуществленной на поверхности электрода, оставлена не покрытой, или покрыта слоем золота с последующим покрытием слоем индия, или покрыта слоем золота или любым другим материалом, предпочтительно не окисляемым, и электрические и диэлектрические свойства которого совместимы с электрическим резистивным и/или емкостным, например, контактным соединением преобразующего элемента и электрода;
- поверхность электрода может быть независимо от обработки осуществленной на второй поверхности преобразователя, оставлена не покрытой, или покрыта слоем золота с последующим покрытием слоем индия, или покрыта слоем золота или любым другим материалом, предпочтительно не окисляемым, и электрические и диэлектрические свойства которого совместимы с электрическим резистивным и/или емкостным, например контактным, соединением электрода и преобразующего элемента;
- пакетирование подложки и преобразующего элемента, выполняемое под давлением, причем вышеупомянутая первая поверхность преобразующего элемента обращена к упомянутой подложке;
- выполнение первого соединения на основе смеси золота и индия посредством операции пайки и диффузии;
- вышеупомянутая операция пайки и диффузии содержит следующие этапы:
- первый этап подъема температуры до первой температуры от приблизительно 150°C до приблизительно 400°C и поддержание этой первой температуры в течение первого периода времени, соответствующего первому плато;
- второй этап подъема температуры до второй температуры от приблизительно 400°C до приблизительно 1000°C и поддержание этой второй температуры в течение второго периода времени, соответствующего второму плато.
- пакетирование верхнего электрода на преобразующем элементе;
- выполнение второго соединения посредством контакта между преобразующим элементом и верхним электродом.
- нанесение слоя золота с последующим нанесением слоя индия на первую поверхность преобразующего элемента и на поверхность стальной подложки;
- вторая поверхность преобразующего элемента независимо от обработки, осуществленной на поверхности электрода, оставлена не покрытой, или покрыта слоем золота с последующим покрытием слоем индия, или покрыта слоем золота или любым другим материалом, предпочтительно не окисляемым, и электрические и диэлектрические свойства которого совместимы с электрическим резистивным и/или емкостным, например, контактным соединением преобразующего элемента и электрода;
- поверхность электрода может быть независимо от обработки осуществленной на второй поверхности преобразователя, оставлена не покрытой, или покрыта слоем золота с последующим покрытием слоем индия, или покрыта слоем золота или любым другим материалом, предпочтительно не окисляемым, и электрические и диэлектрические свойства которого совместимы с электрическим резистивным и/или емкостным, например контактным, соединением электрода и преобразующего элемента;
- пакетирование подложки и преобразующего элемента, выполняемое под давлением, причем вышеупомянутая первая поверхность преобразующего элемента обращена к упомянутой подложке;
- выполнение первого соединения на основе смеси золота и индия посредством операции пайки и диффузии;
- вышеупомянутая операция пайки и диффузии содержит следующие этапы:
- первый этап подъема температуры до первой температуры от приблизительно 150°C до приблизительно 400°C и поддержание этой первой температуры в течение первого периода времени, соответствующего первому плато;
- второй этап подъема температуры до второй температуры от приблизительно 400°C до приблизительно 1000°C и поддержание этой второй температуры в течение второго периода времени, соответствующего второму плато.
- пакетирование верхнего электрода на преобразующем элементе;
- выполнение второго соединения посредством контакта между преобразующим элементом и верхним электродом.
3. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что пьезоэлектрический материал представляет собой ниобат лития.
4. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что атомный процент индия ниже приблизительно на 35%.
5. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по п. 3, отличающийся тем, что ниобат лития представляет собой чистый ниобат лития или ниобат лития, обогащенный изотопом литий-7.
6. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя по п. 3, отличающийся тем, что ниобат лития имеет Z-срез (Y 90°).
7. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя по п. 3, отличающийся тем, что ниобат лития имеет Y-срез 36° или Y-срез 163°.
8. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что вышеупомянутая первая температура превышает температуру плавления чистого индия.
9. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по п. 8, отличающийся тем, что вышеупомянутая первая температура составляет порядка 170°C.
10. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что вышеупомянутая вторая температура составляет около 650°C.
11. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что первая температура несколько возрастает в течение первого периода времени.
12. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что первый период времени составляет около одного часа, второй период времени составляет около двух часов, подъем температуры между вышеупомянутой первой температурой и вышеупомянутой второй температурой составляет около четырех часов.
13. Способ изготовления преобразователя по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что этапы выполнения паяных соединений осуществляют при вторичном разрежении, которое может быть около 10-5 мбар.
14. Способ изготовления преобразователя по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что этапы выполнения паяных соединений выполняют при поддержании сборки в условиях умеренного одноосного давления, которое может быть ниже приблизительно 2 кг/см2.
15. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что он включает в себя объединение сборки: подложка - первое соединение - преобразующий элемент - второе соединение - верхний электрод в корпусе, вышеупомянутая подложка представляет собой тонкую пластину, интегрированную в указанный корпус.
16. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по п. 15, отличающийся тем, что вышеупомянутый корпус содержит средства вентиляции, позволяющие возобновить содержание кислорода, имеющегося в вышеупомянутом корпусе.
17. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что для выполнения паяных соединений он дополнительно содержит:
- монтаж сборки, образованной верхним электродом, преобразующим элементом и подложкой или преобразующим элементом и подложкой при наличии фольги на основе золота и индия или смесей золота и индия, вставленных между каждым из вышеупомянутых элементов;
- операцию пайки и диффузии.
- монтаж сборки, образованной верхним электродом, преобразующим элементом и подложкой или преобразующим элементом и подложкой при наличии фольги на основе золота и индия или смесей золота и индия, вставленных между каждым из вышеупомянутых элементов;
- операцию пайки и диффузии.
18. Способ изготовления преобразующего элемента по п. 17, отличающийся тем, что он дополнительно содержит предварительное создание слоев золота на поверхностях вышеупомянутых элементов, предназначенных для способствования операции монтажа пайкой так, чтобы улучшить адгезию вышеупомянутой фольги на основе золота и индия или смеси золота и индия.
19. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что операции нанесения слоев выполняются катодным распылением.
20. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, до нанесения слоев золота, создание сцепляющих слоев на поверхностях электрода и/или преобразующих элементов и/или подложки.
21. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что один или несколько сцепляющих слоев представляют собой слои на основе хрома и/или хрома и никеля или титана.
22. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нанесение защитного слоя на слой индия.
23. Способ изготовления преобразующего элемента по п. 22, отличающийся тем, что защитный слой представляет собой слой на основе золота.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1155880A FR2977377B1 (fr) | 2011-06-30 | 2011-06-30 | Traducteur ultrasonore haute temperature utilisant un cristal de niobate de lithium brase avec de l'or et de l'indium |
FR1155880 | 2011-06-30 | ||
PCT/EP2012/062675 WO2013001056A1 (fr) | 2011-06-30 | 2012-06-29 | Procede de fabrication d'un traducteur ultrasonore haute temperature utilisant un cristal de niobate de lithium brase avec de l'or et de l'indium |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014102953A RU2014102953A (ru) | 2015-08-10 |
RU2595285C2 true RU2595285C2 (ru) | 2016-08-27 |
Family
ID=46420195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014102953/28A RU2595285C2 (ru) | 2011-06-30 | 2012-06-29 | Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя с использованием кристалла ниобата лития, спаянного с золотом и индием |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9425384B2 (ru) |
EP (1) | EP2727159B1 (ru) |
JP (1) | JP6181644B2 (ru) |
KR (1) | KR101934134B1 (ru) |
CN (1) | CN103636019B (ru) |
ES (1) | ES2551082T3 (ru) |
FR (1) | FR2977377B1 (ru) |
RU (1) | RU2595285C2 (ru) |
WO (1) | WO2013001056A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702616C1 (ru) * | 2018-11-29 | 2019-10-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") | Способ изготовления электрического контактного соединения |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160352307A1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-12-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Mems resonator with high quality factor |
US10312429B2 (en) * | 2016-07-28 | 2019-06-04 | Eyob Llc | Magnetoelectric macro fiber composite fabricated using low temperature transient liquid phase bonding |
FR3082054B1 (fr) | 2018-05-30 | 2020-07-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede de fabrication d'un capteur piezoelectrique et capteur piezoelectrique obtenu par un tel procede |
US11620973B2 (en) | 2018-11-05 | 2023-04-04 | X-wave Innovations, Inc. | High tolerance ultrasonic transducer |
CN113877792B (zh) * | 2021-09-27 | 2023-01-13 | 北京信息科技大学 | 基于液态金属的大面积柔性压电换能器及其表面导电处理方法 |
US20230228714A1 (en) * | 2022-01-18 | 2023-07-20 | Baker Hughes Holdings Llc | Sensor coil |
FR3137252A1 (fr) * | 2022-06-23 | 2023-12-29 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Transducteur ultrasonique pour application à haute température |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4582240A (en) * | 1984-02-08 | 1986-04-15 | Gould Inc. | Method for low temperature, low pressure metallic diffusion bonding of piezoelectric components |
RU2169429C1 (ru) * | 2000-04-18 | 2001-06-20 | Таганрогский государственный радиотехнический университет | Ультразвуковая линия задержки на объемных акустических волнах |
RU2342231C2 (ru) * | 2006-11-07 | 2008-12-27 | Олег Вениаминович Сопов | Способ соединения двух твердотельных образцов |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5266386A (en) | 1975-11-28 | 1977-06-01 | Fujitsu Ltd | Production of ultra-sonic oscillator |
JPS55151899A (en) | 1979-05-16 | 1980-11-26 | Nec Corp | Adhering method for piezoelectric converter |
US4297607A (en) * | 1980-04-25 | 1981-10-27 | Panametrics, Inc. | Sealed, matched piezoelectric transducer |
JP3039971B2 (ja) * | 1989-09-19 | 2000-05-08 | 株式会社日立製作所 | 接合型圧電装置及び製造方法並びに接合型圧電素子 |
DE4313299A1 (de) * | 1993-04-23 | 1994-10-27 | Thomson Brandt Gmbh | Verfahren zur kompatiblen Aufzeichnung oder Wiedergabe von Fernsehsignalen |
US6904921B2 (en) * | 2001-04-23 | 2005-06-14 | Product Systems Incorporated | Indium or tin bonded megasonic transducer systems |
US6545387B2 (en) * | 2000-04-03 | 2003-04-08 | Ibule Photonics Co., Ltd. | Surface acoustic wave filter using novel piezoelectric single crystal substrate |
JP3611796B2 (ja) * | 2001-02-28 | 2005-01-19 | 松下電器産業株式会社 | 超音波送受波器、超音波送受波器の製造方法及び超音波流量計 |
US6845664B1 (en) * | 2002-10-03 | 2005-01-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | MEMS direct chip attach packaging methodologies and apparatuses for harsh environments |
US20070013014A1 (en) * | 2005-05-03 | 2007-01-18 | Shuwen Guo | High temperature resistant solid state pressure sensor |
JP4999040B2 (ja) | 2005-12-09 | 2012-08-15 | Necトーキン株式会社 | 圧電膜積層構造体およびその製造方法 |
DE102009046149A1 (de) * | 2009-10-29 | 2011-05-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers |
-
2011
- 2011-06-30 FR FR1155880A patent/FR2977377B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-06-29 JP JP2014517729A patent/JP6181644B2/ja active Active
- 2012-06-29 KR KR1020137034851A patent/KR101934134B1/ko active IP Right Grant
- 2012-06-29 WO PCT/EP2012/062675 patent/WO2013001056A1/fr active Application Filing
- 2012-06-29 US US14/130,296 patent/US9425384B2/en active Active
- 2012-06-29 EP EP12730966.4A patent/EP2727159B1/fr active Active
- 2012-06-29 ES ES12730966.4T patent/ES2551082T3/es active Active
- 2012-06-29 CN CN201280032320.4A patent/CN103636019B/zh active Active
- 2012-06-29 RU RU2014102953/28A patent/RU2595285C2/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4582240A (en) * | 1984-02-08 | 1986-04-15 | Gould Inc. | Method for low temperature, low pressure metallic diffusion bonding of piezoelectric components |
RU2169429C1 (ru) * | 2000-04-18 | 2001-06-20 | Таганрогский государственный радиотехнический университет | Ультразвуковая линия задержки на объемных акустических волнах |
RU2342231C2 (ru) * | 2006-11-07 | 2008-12-27 | Олег Вениаминович Сопов | Способ соединения двух твердотельных образцов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BULTER B.et al, Techniques for the generation of ultrasuond for extended periods at high tevperatures,ULTRASONICS, 1979, vol. 17, p. 249-254. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702616C1 (ru) * | 2018-11-29 | 2019-10-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") | Способ изготовления электрического контактного соединения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101934134B1 (ko) | 2018-12-31 |
KR20140048161A (ko) | 2014-04-23 |
FR2977377B1 (fr) | 2015-04-24 |
US9425384B2 (en) | 2016-08-23 |
EP2727159B1 (fr) | 2015-08-26 |
US20140215784A1 (en) | 2014-08-07 |
ES2551082T3 (es) | 2015-11-16 |
FR2977377A1 (fr) | 2013-01-04 |
RU2014102953A (ru) | 2015-08-10 |
JP6181644B2 (ja) | 2017-08-16 |
WO2013001056A4 (fr) | 2013-02-28 |
EP2727159A1 (fr) | 2014-05-07 |
CN103636019B (zh) | 2017-02-15 |
JP2014529919A (ja) | 2014-11-13 |
WO2013001056A1 (fr) | 2013-01-03 |
CN103636019A (zh) | 2014-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2595285C2 (ru) | Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя с использованием кристалла ниобата лития, спаянного с золотом и индием | |
Kažys et al. | High temperature ultrasonic transducers | |
JP6800882B2 (ja) | 波閉じ込め構造を有する板波デバイス及び作製方法 | |
CN100511996C (zh) | 接合基板、表面声波芯片以及表面声波器件 | |
US4297607A (en) | Sealed, matched piezoelectric transducer | |
US8450904B2 (en) | Piezoelectric device | |
JP2018506930A5 (ru) | ||
WO2006114930A1 (ja) | 弾性境界波装置 | |
EP2881183A1 (en) | Ultrasonic vibration devices, manufacturing method for ultrasonic vibration devices, and ultrasonic medical devices | |
US4582240A (en) | Method for low temperature, low pressure metallic diffusion bonding of piezoelectric components | |
US4551647A (en) | Temperature compensated piezoelectric transducer and lens assembly and method of making the assembly | |
KR0150389B1 (ko) | 표면탄성파소자 | |
US10322437B2 (en) | Stacked ultrasound vibration device and ultrasound medical apparatus | |
Feil et al. | Properties of higher-order surface acoustic wave modes in Al1− xScxN/sapphire structures | |
Liu et al. | Multi‐Length Engineering of (K, Na) NbO3 Films for Lead‐Free Piezoelectric Acoustic Sensors with High Sensitivity | |
CN115514340A (zh) | 带有声子晶体的横向激励体声波谐振器及制备方法 | |
JP3378396B2 (ja) | 超音波プローブ | |
JP3707957B2 (ja) | 超音波探触子 | |
CN221056408U (zh) | 钢结构检测用长短组合式相控阵换能器 | |
Vaskeliene | High Temperature Ultrasonic Transducers: A Review | |
Winslow et al. | Multiple film microwave acoustic transducers | |
CN117545337B (zh) | 一种压电衬底结构及其制备方法 | |
RU2189668C1 (ru) | Пьезоэлектрический преобразователь | |
CN117427865A (zh) | 一种高温压电超声换能器、制备方法及其应用 | |
JPH01162182A (ja) | 高温用超音波トランスジューサ |