[发明专利]一种低熔点声透镜合金材料及其在制备聚焦声透镜换能器中的应用

说明书

本发明涉及聚焦声透镜换能器领域，涉及一种低熔点声透镜合金材料及其在聚焦声透镜换能器中的应用。本发明的低熔点声透镜合金材料包括铋铟锡基材料和少量掺杂剂；其中，掺杂剂至少包括B、Co、Cr、Si、Y、Ti、V、Ge、Be、Mn、Zn、Nb、Ta、W和Al的氧化物中的一种；铋铟锡基材料与氧化物的质量比范围为5:1～20:1。铋铟锡基材料为铋铟锡锌或铋铟锡锶。本发明的低熔点声透镜合金材料熔化后灌注在声透镜模具当中，经过抽真空、凝固最终形成声透镜；声透镜再与背衬层、压电晶片、匹配层共同制备得到压电聚焦声透镜换能器。

技术领域

本发明涉及聚焦超声领域，具体涉及一种低熔点声透镜合金材料及其在制备聚焦声透镜换能器中的应用。

背景技术

超声探头通常由压电晶片、背衬层、声透镜和匹配层组成，通过将换能器产生的超声波发射出去实现超声检测。声透镜是指在制成适当形状后可使沿直线传播的声波产生会聚或发散的器件。在在超声的一些应用技术中，为了获得高的超声强度或者将超声能量集中到一定的区域，必须利用超声聚焦。目前主要采用的超声聚焦方式有声透镜聚焦、自聚焦、相控阵聚焦，在超声医疗、超声成像以及超声检测等设备中，经常采用超声聚焦系统。超声换能器所用的声透镜材料目前主要有环氧树脂和硅胶等，但是使用温度受到限制，65℃以上使用条件会发生变形。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种低熔点声透镜合金材料，并用于其制作压电声聚焦声透镜换能器，有望改善使用温度对压电换能器的限制问题，对超声换能器的发展具有重要意义。

为达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现。

本发明提出了一种低熔点声透镜合金材料，所述低熔点声透镜合金材料包括：铋铟锡基材料和掺杂剂；所述掺杂剂至少包括B、Co、Cr、Si、Y、Ti、V、Ge、Be、Mn、Zn、Nb、Ta、W和Al的氧化物中的一种。

作为上述技术方案的改进之一，所述铋铟锡基材料为铋铟锡锌或铋铟锡锶。

作为上述技术方案的改进之一，所述铋铟锡基材料与氧化物的质量比范围为5:1～20:1。

作为上述技术方案的改进之一，所述掺杂剂为粉末颗粒，颗粒粒径范围为0.1μm～6μm。

作为上述技术方案的改进之一，所述铋铟锡基材料的熔点范围为6～120℃，声阻抗范围为10～30MRayl，声速范围为2166～3100m/s，声衰减范围为0.17～0.3dB/mm@4MHz。

本发明还提出了上述之一所述低熔点声透镜合金材料在制备聚焦声透镜换能器中的应用。

本发明还提出了一种聚焦声透镜换能器，所述聚焦声透镜换能器包括：背衬层1、压电晶片、匹配层和声透镜，所述声透镜使用上述之一所述低熔点声透镜合金材料浇注而成。

作为上述技术方案的改进之一，所述声透镜的制备方法包括以下步骤：

将铋铟锡基材料熔化，并与掺杂剂混合均匀，再进行浇注固化，获得声透镜。

作为上述技术方案的改进之一，所述声透镜为球面或者柱面聚焦。

本发明与现有技术相比优点在于：

1、本发明的铋铟锡基材料具有6～120℃的熔点，优选地，具有92-110℃熔点的铋铟锡基材料，可作为玻璃、陶瓷和金属之间良好的粘结剂和密封材料，也可在换能器制作过程中作为焊料，引出压电晶片的正负极引线；

2、本发明的压电聚焦声透镜换能器使用的铋铟锡基材料熔点选为92-110℃，在低于80℃使用温度下不发生软化变形，从而能改善压电聚焦声透镜换能器不适用于65℃以上应用场景的问题；

3、本发明的聚焦声透镜合金材料具有比硅胶材料更高的声速，说明其衰减系数更小；