2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备方法和制备冶具的制作方法
【专利说明】
具
技术领域
[0001]本发明涉及2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料，特别是涉及一种工艺简单。复合换能器高频参数要求2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备方法和制备冶具。
【背景技术】
[0002]压电复合材料是将压电材料和聚合物按一定的连同方式，一定的体积(或重量)比例复合而成。压电复合材料有很多优良的性能，例如声阻抗低，柔韧性好，换能器脉冲时间短，具有较高的抗机械冲击性能等。2-2型压电复合材料的压电相和聚合物相均在二维平面内自连，具有层状交叠的复合结构。它的性能取决于压电陶瓷和聚合物的体积比，可以找到一个最佳体积比，使机械耦合系数最高，侧向振动耦合最弱，而且其最显著的优点是能够制成超高频的换能器，提高图像的分辨率。因此被广泛的应用在医疗成像，无损检测等领域。
[0003]中心工作频率在20MHz以上的高频2-2型压电换能器，对压电陶瓷柱及陶瓷柱之间聚合物的厚度要求较高。传统的一般采用精细切割再填充的方法，由于划片机刀具厚度OlOum)的限制，用此切割后的陶瓷/单晶铁电复合材料形成的切口宽度难以达到换能器的高频参数要求，而且由划片机加工的压电陶瓷，存在崩边现象，严重影响压电复合材料的性能。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要一种工艺简单。复合换能器高频参数要求2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备方法。
[0005]—种2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0006]精磨压电陶瓷/单晶铁电材料，使其上下表面达到预设厚度(K+W) _，其中，K为压电陶瓷/单晶铁电材料阵元与阵元之间的切缝宽度，W为压电陶瓷/单晶铁电材料阵元的宽度；
[0007]沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的长度方向切割，使所述压电陶瓷/单晶铁电材料在厚度方向上形成深度为K mm的沟槽；
[0008]沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的宽度方向切割，使其分为若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块；
[0009]将若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块堆叠，且压电陶瓷/单晶铁电材料子块的沟槽方向一致；
[0010]向堆叠的压电陶瓷/单晶铁电材料子块的沟槽中添加聚合物并使其固化形成压电陶瓷/单晶铁电复合材料。
[0011]在其中一个实施例中，还包括对所述压电陶瓷/单晶铁电复合材料进行打磨并切除所有堆叠的压电陶瓷/单晶铁电材料子块的槽边。
[0012]在其中一个实施例中，所述沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的长度方向切割的步骤包括:
[0013]使用金刚石切片机沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的长度方向切割。
[0014]在其中一个实施例中，所述沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的宽度方向切割的步骤包括:
[0015]使用金刚石切片机沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的宽度方向切割。
[0016]在其中一个实施例中，在所述将若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块堆叠的步骤之前还包括:
[0017]将若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块采用超声清洗机将其洗净并晾干。
[0018]在其中一个实施例中，所述将若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块堆叠，且压电陶瓷/单晶铁电材料子块的沟槽方向一致的步骤包括:
[0019]将若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块沟槽朝向堆叠，并将整个堆叠的压电陶瓷/单晶铁电材料子块的槽边采用夹具固定夹紧。
[0020]在其中一个实施例中，所述压电陶瓷/单晶铁电材料阵元与阵元之间的切缝宽度K小于10 μ m0
[0021]在其中一个实施例中，所述压电陶瓷/单晶铁电材料阵元的宽度W小于0.1mm。
[0022]此外，还提供一种工艺简单。复合换能器高频参数要求2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备冶具。
[0023]一种2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备冶具，用于将上述2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备方法中堆叠的压电陶瓷/单晶铁电材料子块夹紧；其特征在于，包括夹具体底座、夹紧底板及夹紧螺栓；
[0024]所述夹具体底座用于放置堆叠后的压电陶瓷/单晶铁电材料子块，所述夹具体底座为槽体，所述夹紧压板设于所述夹具体底座顶部两端，所述夹紧压板与所述夹具体底座螺接，所述夹紧螺栓设于所述夹紧压板上，调节所述夹紧螺栓来夹紧堆叠的压电陶瓷/单晶铁电材料子块。
[0025]在其中一个实施例中，所述夹紧压板通过紧固螺钉与所述夹具体底座固定连接。
[0026]上述2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备方法和制备冶具通过将压电陶瓷/单晶铁电材料进行精磨，使其达到预设厚度。然后沿压电陶瓷/单晶铁电材料的长度方向切割形成深度固定的沟槽。最后沿沟槽朝向将多个压电陶瓷/单晶铁电材料子块堆叠，再在堆叠后的沟槽内填充聚合物。因此，在沟槽深度固定时，聚合物的厚度就能固定为沟槽深度，从而能够避免聚合物厚度超过阈值而影响压电陶瓷/单晶铁电材料的总宽度。且上述方法中采用先切割后堆叠填充，使得压电陶瓷/单晶铁电材料的总宽度固定为预设的压电陶瓷/单晶铁电材料厚度，使其符合用户要求。
【附图说明】
[0027]图1为2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备方法的流程图；
[0028]图2为压电陶瓷/单晶铁电材料的结构示意图；
[0029]图3为精磨后的压电陶瓷/单晶铁电材料的结构示意图；
[0030]图4为切割形成沟槽后的压电陶瓷/单晶铁电材料的结构示意图；
[0031]图5为压电陶瓷/单晶铁电材料子块的结构示意图；
[0032]图6为堆叠后的压电陶瓷/单晶铁电材料子块的结构示意图；
[0033]图7为添加聚合物后的压电陶瓷/单晶铁电材料子块的结构示意图；
[0034]图8为压电陶瓷/单晶铁电复合材料的结构示意图；
[0035]图9为2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备冶具的结构示意图；
[0036]图10为2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备冶具的分解示意图。
【具体实施方式】
[0037]如图1所示，为2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备方法的流程图。
[0038]—种2-2型压电陶瓷/单晶铁电复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0039]步骤S110，精磨压电陶瓷/单晶铁电材料，使其上下表面达到预设厚度(K+W)mm，其中，K为压电陶瓷/单晶铁电材料阵元与阵元之间的切缝宽度，W为压电陶瓷/单晶铁电材料阵元的宽度。
[0040]在对压电陶瓷/单晶铁电材料进行精磨之前，需要采用超声清洗机将其洗净并晾干。如图2所示，为压电陶瓷/单晶铁电材料的结构示意图。在精磨之前，压电陶瓷/单晶铁电材料的厚度超过预设厚度(K+W)mm。因此，需要对其进行精磨。
[0041]进行精磨之后的压电陶瓷/单晶铁电材料如图3所示。其厚度为预设厚度(K+W)mm。其中压电陶瓷/单晶铁电材料阵元指单个压电陶瓷/单晶铁电材料。而切缝宽度为两个相邻压电陶瓷/单晶铁电材料之间的距离。
[0042]步骤S120，沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的长度方向切割，使所述压电陶瓷/单晶铁电材料在厚度方向上形成深度为K mm的沟槽。
[0043]所述沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的长度方向切割的步骤包括:
[0044]使用金刚石切片机沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的长度方向切割。
[0045]使用金刚石切片机在压电陶瓷/单晶铁电材料的厚度方向切槽，精准的控制槽深为K mm，这是保证切缝宽度的关键步骤。
[0046]切割形成沟槽的压电陶瓷/单晶铁电材料如图4所示。切割形成沟槽的槽深为KmmD
[0047]步骤S130，沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的宽度方向切割，使其分为若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块。
[0048]所述沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的宽度方向切割的步骤包括:
[0049]使用金刚石切片机沿所述压电陶瓷/单晶铁电材料的宽度方向切割。
[0050]使用金刚石切片机将压电陶瓷/单晶铁电材料沿宽度方向切割成若干个子块。其中，若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块的大小均匀。如图5所示。
[0051]在所述将若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块堆叠的步骤之前还包括:
[0052]将若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块采用超声清洗机将其洗净并晾干。
[0053]由于两次切割后，压电陶瓷/单晶铁电材料子块表面会附着压电陶瓷/单晶铁电材料粉末，为保证后续工艺的质量，需要对压电陶瓷/单晶铁电材料采用超声清洗机洗净并晾干。
[0054]步骤S140，将若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块堆叠，且压电陶瓷/单晶铁电材料子块的沟槽方向一致。
[0055]步骤140包括:
[0056]将若干压电陶瓷/单晶铁电材料子块沟槽朝向堆叠，并将整个堆叠的压电陶瓷/单晶铁电材料子块的槽边采用夹具固定夹紧。
[0057]具体的