[发明专利]一种无铅压电单晶高频超声换能器及其制备方法

权利要求书

1.一种无铅压电单晶高频超声换能器，其特征在于，由声匹配层(1)，发声材料(2)，背衬层(3)，金属外壳(4)组成；

其中，声匹配层(1)为聚对二甲苯；发声材料(2)为(K_0.44Na_0.46)NbO₃-xmol％Mn无铅压电单晶高频压电元件，其厚度范围为3μm至200μm；背衬层(3)为导电胶，其声阻抗范围为3～7MRayl；金属外壳(4)为不锈钢材料；工作频率为20MHz至300MHz。

2.一种无铅压电单晶高频超声换能器的制备方法，其特征在于，由以下步骤：

a)采用高居里温度的无铅Mn：KNN掺杂压电单晶材料，单晶化学式为(K_0.44Na_0.46)NbO₃-mol％Mn，Mn掺杂范围为0.1～8mol％，沿<001>方向切片，制成单晶厚片；

b)对单晶厚片进行极化，极化条件：温度为20℃～200℃，极化电压范围为100V～1000V，极化时间范围1～300min；

c)将单晶厚片一侧进行抛光；

d)使用Au或Pt电极进行溅射；

e)对单晶厚片依次通过机械研磨、化学机械减薄、反应离子刻蚀减薄方法减薄，设定厚度为3μm至200μm，制成单晶元件；

f)单晶元件在氧气气氛中退火氧分压范围在5×10⁴Pa至1×10⁵Pa，退火温度为400℃～800℃，退火时间为1h至15h；

g)在抛光面浇铸背衬材料导电胶，并进行研磨至所设计指定厚度；

h)切割单晶元件，连接引线到背衬层；

i)在未抛光面溅射Au层以形成接地平面连接；

j)采用导电胶连接信号屏蔽线至金属外壳内侧，连接电缆；

k)沉积聚对二甲苯薄层，用作声匹配层和保护层，沉积厚度依据设计而定；

l)将单晶元件封装在金属外壳内，缝隙用保护凝胶填充。

3.如权利要求2的高频超声换能器的制备方法，其特征在于，最佳极化电压为460V；最佳极化时间为15min；最佳氧分压8×10⁴Pa；最佳退火温度为600℃；最佳退火时间为6h。