一种应用于超声探头的吸声背衬材料及其制备方法与流程

本发明属于材料与结构领域，具体地，本发明涉及一种应用于超声探头的吸声背衬材料及其制备方法。

背景技术：

近年来国际上对于新型超声功能材料的研究引人关注，相关成果极大地推动了医学诊断治疗、工业无损检测和水下通讯探测的发展，而我国在这些行业中的发展相对滞后，如国产医用超声设备主要厂家有深圳迈瑞、汕头超声仪器研究所等，小型厂家非常多，但目前只有低端产品，价格一般是国外高端产品的1/5-1/10。国内厂品价格低廉竞争力差的主要原因是超声探头质量难以满足要求。目前我国对于高分辨率高精度的超声探头水平低下，其主要原因是制备超声探头的材料不过关，因此发展基于高性能超声探头使用的新型材料对经济建设和国家战略需求具有非常大的意义。

超声探头使用的材料主要包括压电发声材料、透声匹配层材料和背衬材料，其中背衬材料对于提高探头的灵敏度和性能十分重要。一方面，由于背衬对声波能量的高阻尼和高衰减特性使得压电发声材料的谐振过程尽快结束，从而获得更窄的声脉冲，提高分辨率；另一方面，探头背衬通常利用自身结构散射和材料黏滞特性将声能转化为热能，从而形成一个吸声终端，消除换能器向后方发射的干扰信号，并提高灵敏度。背衬材料一般使用环氧树脂加钨粉、硅橡胶加钨粉、环氧树脂加氯化汞以及其它固-固复合材料，由于探头的声学特性和工艺特性较为复杂，难以兼顾，因此对于探头背衬材料的研究一直进展不大。目前国内外对于新型高性能吸声材料与结构的研究方兴未艾，如声子晶体、纳米材料、手性材料等。如何通过新型材料与结构优化设计，大幅度提高背衬材料的性能成为高端探头研究急需解决的关键问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种应用于超声探头的吸声背衬材料，钨粉分散均匀且基本无气泡，阻尼性能好，声学性能佳。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种应用于超声探头的吸声背衬材料，所述背衬材料包括以下质量百分比的组分：酚醚醇缩水甘油醚1％～10％、偶联剂0.1％～0.5％、白炭黑0.1％～0.5％、固化剂0.3％～3％、钨粉86％～98.5％。

本发明中，在温度24.3℃和频率0.7812MHz测试条件下，所述背衬材料的声阻抗为4.83MPa·s/m～6.42MPa·s/m，声衰减系数为40.6dB/cm～64.1dB/cm。

本发明中，所述偶联剂为硅烷类化合物。具体地，所述硅烷类化合物为KH550、KH560、KH570中的一种。

本发明的另一个目的在于，还提供了一种应用于超声探头的吸声背衬材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)酚醚醇缩水甘油醚、偶联剂、白炭黑、固化剂混合均匀，搅拌10±0.1分钟，加入钨粉，搅拌10±0.1分钟，研磨混合得到分散均匀的混合物；

2)放入烘箱中加热固化，120±0.1℃保持2-3小时，冷却即得吸声背衬材料。

传统的吸声背衬材料环氧树脂与钨粉复合结构不仅均匀性差，而且随着钨粉体积含量的增加吸声性能也变差，本发明通过对环氧树脂基材料进行改性研究，有效解决这一瓶颈问题。此外，本发明通过调节偶联剂和白炭黑等材料的配方，在与钨粉复合的过程中对制备工艺进行了改进，利用三辊研磨机进行研磨等工艺，减少气泡的产生，得到钨粉分散均匀的混合材料。

与现有技术相比，本发明具有的优点或有益效果：

本发明制备的背衬材料采用新型刚柔一体化环氧树脂，有效解决了钨粉高填充和动态力学性能的矛盾，同时利用三辊研磨机等研磨工艺，有效减少制备过程中气泡的产生，得到钨粉分散均匀的新型改性环氧树脂复合结构。使用本发明制备的样品根据国家标准测试的声特性阻抗和声衰减系数均得到明显增加。制备的背衬材料样品的声衰减系数最大达82.1dB/cm/MHz(阻抗4.83MPa·s/m)，该研究成果在高精度医用超声探头领域有着非常良好的应用价值。

本发明采用触变性基体树脂，防止钨粉沉降，同时采用偶联剂改善钨粉与基体树脂的浸润性。

本发明制备的样品根据国家标准GB/T 18022-2000测试的声特性阻抗和声衰减系数均得到明显增加。完全满足背衬材料的声学性能要求，为制备高端医用超声探头提供了优异的背衬材料。

本发明中未述及的原料及方法均可采用本领域内的常规技术。

附图说明

图1为实施例1所得样品的组织结构图；

图2为实施例2所得样品的组织结构图；

图3为实施例1所得样品的力学性能曲线；

图4为未改性配方所得样品的力学性能曲线。

具体实施方式

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

将酚醚醇缩水甘油醚5％、偶联剂KH5500.25％、白炭黑0.25％、胺类固化剂2％混合均匀，手动搅拌10分钟，加入92.5％的GW025钨粉(2.3～2.7μm)，手动搅拌10±0.1分钟；用三辊研磨机混合，得到分散均匀的混合物，置于模具中；将模具放入烘箱中加热固化，120±0.1℃保持2-3小时；关闭烘箱，样品在烘箱中逐渐冷却后取出即可。所得样品的组织结构图如图1所示，从图1可以看出，钨粉分散均匀且基本无气泡。根据国家标准GB/T 18022-2000测试的声特性阻抗和声衰减系数分别为6.42MPa·s/m和40.6dB/cm。

实施例2

将酚醚醇缩水甘油醚10％、偶联剂KH560 0.5％、白炭黑0.5％、胺类固化剂3％混合均匀，手动搅拌10分钟，加入86％的GW025钨粉(2.3～2.7μm)，手动搅拌10分钟；用三辊研磨机混合，得到分散均匀的混合物，置于模具中；将模具放入烘箱中加热固化，120±0.1℃保持2-3小时；关闭烘箱，样品在烘箱中逐渐冷却后取出即可。所得样品的组织结构图如图2所示，从图2可以看出，钨粉分散均匀且基本无气泡。根据国家标准GB/T 18022-2000测试的声特性阻抗和声衰减系数分别为4.83MPa·s/m和64.1dB/cm

实施例3

将酚醚醇缩水甘油醚1％、偶联剂KH570 0.1％、白炭黑0.1％、胺类固化剂0.3％混合均匀，手动搅拌10分钟，加入98.5％的GW025钨粉(2.3～2.7μm)，手动搅拌 10分钟；用三辊研磨机混合，得到分散均匀的混合物，置于模具中；将模具放入烘箱中加热固化，120±0.1℃保持2-3小时；关闭烘箱，样品在烘箱中逐渐冷却后取出即可。

力学性能测试

采用实施例1所得样品与实施例1相比未改性配方所得样品分别进行力学性能测试，结果如图3和图4所示，从图3和图4的对比可以看出，改性后基体材料(实施例1所得背衬材料)的损耗范围更宽。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。