一种弧形换能器阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种弧形换能器阵列及其制备方法，制备方法为步骤一，设计3D打印小型曲面网格模具，并打印多个制备成型；步骤二，将块状压电相切割成若干压电片；步骤三，将压电片插入进3D打印模具空格中；步骤四，用环氧树脂等非压电相对压电材料片与3D打印模具的空隙进行填充和固化成型；步骤五，对制成样品进行打磨、抛光，超声清洗后，对样品进行被覆电极操作；步骤六，对制成的多个小型样品进行拼接和电极的连接；本发明专利技术能够制备弧形换能器阵列，其优点在于很好的克服了传统制备曲面复合材料工艺繁杂、成型困难的缺点，能够实现大曲率、大面积、弧形换能器阵列的制备。弧形换能器阵列的制备。弧形换能器阵列的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种弧形换能器阵列及其制备方法


[0001]本专利技术属于压电材料制备
，具体涉及一种弧形换能器阵列及其制备方法。

技术介绍

[0002]换能器阵是由多个换能器以一定的形式排列而成的阵列。与天线阵类似。换能器阵中的每个换能器称基元或阵元，大型的水声换能器阵长达几公里,基元数多至上千个；小型的超声换能器阵，如医学超声诊断仪上的换能器阵(也叫探头)，从几毫米到几十厘米，基元数也有几百以上的。换能器的发展是以换能材料的发展为基础的。随着换能器的发展，不断要求开发新的换能材料。
[0003]压电陶瓷和单晶是重要的压电换能材料，压电复合材料是一种将压电陶瓷或压电单晶同聚合物以某种特定连通性结合，使得压电复合材料与原压电陶瓷或压电单晶相比，有着柔韧性好、声阻抗低、机电耦合系数高、水声优值高等性能优点。基于以上性能优势，压电复合材料被广泛应用于水声、超声换能器，无损检测、传感器等应用。
[0004]通常两相复合的压电材料有十种连通方式，即0
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0、0
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1、0
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2、0
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3、1
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1、1
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2、1
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3、2
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2、2
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3和3
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3型。压电复合材料是按照各相材料的连通性来分类的，连通性是指每相材料在空间分布上的自我连通方式，它决定着压电复合材料中的电场通路和应力分布形式，其中前一个数字表示压电材料的连通性，后一个数字表示非压电材料的连通性。在2
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2型压电复合材料中，压电材料和非压电材料在两个方向上都有连通性，而在另一个方向上没有连通性。
[0005]压电陶瓷复合材料因为PZT等商业陶瓷价格低廉、性价比高，压电陶瓷复合材料已广泛的用于商业水声、超声换能器等应用。2
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2型压电复合材料是应用于换能器阵列的一种材料。对于曲面2
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2型压电陶瓷复合材料常见的制备方法是：通过切割
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填充法制备成平面压电复合材料，通过加热使平面复合材料柔软，再利用模具曲面成型。
[0006]压电单晶复合材料近些年来伴随压电单晶的飞速发展，压电单晶复合材料逐渐引起人们的注意，进入商业视野，其相比传统陶瓷复合材料，压电单晶复合材料的压电性能、机电耦合性能有着巨大优势(例如纵向压电系数d33为陶瓷复合材料的2～3倍，厚度机电耦合Kt提升约10％～30％)。对于曲面2
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2型压电单晶复合材料，常见的制备方法有通过切割
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填充法制备成平面压电复合材料，通过加热使平面复合材料柔软，再利用模具曲面成型。
[0007]弧形换能器阵列是由曲面2
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2压电复合材料的压电相和聚合物相交替叠加组成的，每个压电相和聚合物相组成阵列的一个阵元，阵元等宽、相距等距离，通道数量可以由电极的切割数量控制，输出方式是红(+)黑(
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)导线输出。
[0008]以上制备工艺有问题需要解决，对于曲面2
‑
2型压电复合材料，加热会导致压电单晶复合材料有退极化现象，降低压电单晶复合材料性能；同时受限于环氧树脂的体积分数，大体积分数的压电复合材料产生较小的形变量，无法做出大曲率的弧形换能器阵列；体积小，形状细长，在加工打磨中受力不均匀，极易损坏。

技术实现思路

[0009]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种弧形换能器阵列的制备方法及其应用，实现工艺简单、可控性高、能批量生产弧形换能器阵列的制备工艺。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种弧形换能器阵列的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1，取压电材料块体，沿第一方向切割压电材料块体；压电材料块体为压电单晶或压电陶瓷材料；
[0012]S2，沿第二方向对S1切割后的压电材料块体进行切割，得到若干相互独立的片状压电材料；第二方向与第一方向垂直；
[0013]S3，用3D打印法制备多个小型树脂模具；
[0014]S4，将S2切割得到的片状压电材料分别插入S3所得树脂模具的空格中，得到树脂模具与压电材料片的组合体；若S2所述压电材料块体是压电单晶材料，压电材料块体插入S3所得模具之前，将切割后的压电材料片进行筛选；
[0015]S6，向树脂模具与压电材料片的组合体内注入树脂材料，待所述树脂固化后对表面进行打磨和抛光，形成多个第一曲面压电复合材料；
[0016]S7，对第一曲面压电复合材料镀电极和二次极化，对其进行拼接和连接电极，形成第二曲面换能器阵列。
[0017]切割时，对于压电材料为单晶时，第一方向沿着压电单晶材料的[010]方向或[100]方向。
[0018]S2所得压电材料是横截面为长方形的片状体。
[0019]所述小型树脂模具的曲面基于第二曲面分割而来，第二曲面为球面形、弧面形或不规则形状的曲面。
[0020]S3中，3D打印树脂模具制备所采用的树脂为光敏树脂或热敏树脂；树脂模具打印精度≤0.4mm。
[0021]S4中，对所述单晶压电材料片筛选时，保留无裂纹的单晶压电材料片，并将压电系数在所设计的范围内的单晶压电材料片装入同一个模具中。
[0022]S6中，浇注前在真空条件下对浇注料进行搅拌；浇注时从同一位置倒入模具与压电材料片形成的组合体中。
[0023]8.根据权利要求1所述的弧形换能器阵列的制备方法，其特征在于，S7中，拼接时使用的是AB胶，且贴合不低于24小时。
[0024]在第一曲面压电复合材料形成的弧形换能器阵列表面采用低温银浆涂覆或旋转磁控溅射方法在曲面弧形换能器阵列表面制备导电层。
[0025]基于本专利技术所述制备方法得到的弧形换能器阵列。
[0026]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：首先本专利技术克服了传统制备压电单晶复合材料工艺中制备曲面压电单晶复合材料中性能下降、可控性低、成品率低等问题，本专利技术将3D打印技术应用于压电复合材料制备，通过设计不同形状、不同弯曲角度的曲面模具，也正是由于本专利技术将压电材料块体切断，形成若干相互独立的压电材料片，能使得模具能根据实际需求设计形状，而且采用3D打印技术实现任意形状模具的制备，相较传统制备压电单晶复合材料的方法，工艺简单；使得在较大体积分数的压电复合材料中，也可以
大幅提高曲面弯曲角度可控性，同时，压电材料块体被切断独立之后，能实现挑选性能更加一致的压电材料片，提高整体的性能，可大幅提升高性能压电单晶复合材料的均匀性且适用批量生产，并且分割成多段样品进行加工，最后进行拼接的方案，降低了直接加工大曲率样品的损毁风险。
附图说明
[0027]图1为弧形压电陶瓷换能器阵列制备过程示意图。
[0028]图2为弧形压电单晶换能器阵列制备过程示意图。
具体实施方式
[0029]下面通过具体实施例和附图对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弧形换能器阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，取压电材料块体，沿第一方向切割压电材料块体；压电材料块体为压电单晶或压电陶瓷材料；S2，沿第二方向对S1切割后的压电材料块体进行切割，得到若干相互独立的片状压电材料；第二方向与第一方向垂直；S3，用3D打印法制备多个小型树脂模具；S4，将S2切割得到的片状压电材料分别插入S3所得树脂模具的空格中，得到树脂模具与压电材料片的组合体；若S2所述压电材料块体是压电单晶材料，压电材料块体插入S3所得模具之前，将切割后的压电材料片进行筛选；S6，向树脂模具与压电材料片的组合体内注入树脂材料，待所述树脂固化后对表面进行打磨和抛光，形成多个第一曲面压电复合材料；S7，对第一曲面压电复合材料镀电极和二次极化，对其进行拼接和连接电极，形成第二曲面换能器阵列。2.根据权利要求1所述的弧形换能器阵列的制备方法，其特征在于，切割时，对于压电材料为单晶时，第一方向沿着压电单晶材料的[010]方向或[100]方向。3.根据权利要求1所述的弧形换能器阵列的制备方法，其特征在于，S2所得压电材料是横截面为长方形的片状体。4.根据权利要求1所述的弧形换能器阵列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐卓，段君武，贾楠香，王婷，栾鹏，杜红亮，李飞，夏颂，
申请(专利权)人：苏州思萃电子功能材料技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：