[发明专利]聚焦型超声换能器及其制备方法

权利要求书

1.一种聚焦型超声换能器，其依次包含有匹配层、压电振子层和背衬块，其特征在于，所述压电振子层的材料为压电单晶/聚合物1-3复合材料；所述压电单晶/聚合物1-3复合材料的压电单晶为铌镁酸铅-钛酸铅，其化学组成为(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃，铌镁酸铅-钛酸铅晶体方向为<001>方向；或铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅，其化学组成为xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-(1-x-y)PbTiO₃，铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅晶体方向为<001>方向；其中，0﹤x﹤1，0﹤y﹤1，且0﹤x+y﹤1。

2.如权利要求1所述的聚焦型超声换能器，其特征在于，0.2≤x≤0.4，0.2≤y≤0.4。

3.如权利要求1所述的聚焦型超声线阵换能器，其特征在于，采用切割填充法制备压电单晶/聚合物1-3复合材料，复合材料中压电单晶的体积比在0.2~0.8范围之间。

4.如权利要求1所述的聚焦型超声换能器，其特征在于，所述压电单晶/聚合物1-3复合材料为压电单晶/环氧树脂或压电单晶/环氧树脂1-3复合材料。

5.如权利要求1所述的聚焦型超声换能器，其特征在于，所述匹配层包含外匹配层和内匹配层。

6.如权利要求5所述的聚焦型超声换能器，其特征在于，所述内匹配层采用环氧树脂和填料调配制得；所述外匹配层采用声阻抗较低的环氧树脂固化制得；所述背衬块采用环氧树脂和钨粉配制得到。

7.如权利要求1所述的聚焦型超声换能器，其特征在于，所述背衬块上与所述压电振子层接触的面为柱形曲面。

8.如权利要求1所述的聚焦型超声换能器，其特征在于，所述聚焦型超声换能器具有若干相同结构的相互平行的换能器阵元，各个换能器阵元的一端独立引出信号线，用以施加激励信号和接收回波信号，另一端可用于连接公共地线。

9.一种权利要求1所述的聚焦型超声换能器的制备方法，其包括如下步骤：

1）分别提供匹配层、压电振子层和背衬块；

2）将匹配层和压电振子层进行粘接形成超声叠层；

3）将超声叠层和一圆柱体钢块在高温中烘烤；

4）将超声叠层整齐放置于背衬块的曲面上；

5）在圆柱体钢块的外应力作用下，将超声叠层弯曲成所需的曲面形状并粘接在背衬块上；

6）冷却固化；

7）将若干同轴电缆按照一定间距排放在压电振子层的一侧，并将芯线和压电振子层的上端电极电学连接，将地线与压电振子层的下端电极电学连接；

8）用高精度切割机进行切割，形成一系列分离的聚焦型阵元，即获得聚焦型超声换能器。

10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中，超声叠层和圆柱体钢块在80℃高温中烘烤半小时以上。