2-2型压电复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压电材料制备，特别是涉及一种复合换能器高频参数要求的2-2型压电复合材料及其制备方法。
【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。传统的一般采用切割-填充法，由于划片机刀具厚度OlOum)的限制，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，有必要针对提供一种工艺简单、复合换能器高频参数要求的2-2型压电复合材料制备方法。
[0005]—种2-2型压电复合材料制备方法，包括以下步骤:
[0006]将一面覆有聚合物的压电陶瓷片/单晶铁电片置于离心机中，控制所述离心机的转速和离心时间，使所述聚合物均匀浇注于所述压电陶瓷片/单晶铁电片的一面形成压电复合材料阵元；
[0007]将所述压电复合材料阵元上多余的压电陶瓷/单晶铁电和聚合物磨去，使所述压电陶瓷片/单晶铁电片及所述聚合物分别达到各自的预设厚度；
[0008]重复上述步骤得到所需数量的压电复合材料阵元，将多个压电复合材料阵元堆叠，并在结合面涂上聚合物，使多个压电复合材料阵元粘接形成压电复合材料。
[0009]在其中一个实施例中，还包括将多个粘接在一起的压电复合材料阵元沿垂直结合面的方向切割，形成单片的压电复合材料。
[0010]在其中一个实施例中，所述聚合物均匀浇注于所述压电陶瓷片/单晶铁电片一面中的聚合物厚度不超过20 μ m。
[0011]在其中一个实施例中，在所述将所述压电复合材料阵元上多余的压电陶瓷和聚合物磨去的步骤之前还包括:
[0012]将所述压电复合材料阵元置于清洁干燥的环境中晾干。
[0013]在其中一个实施例中，还包括将将多个堆叠后的压电复合材料阵元采用夹具固定夹紧，使多余的聚合物溢出。
[0014]在其中一个实施例中，在所述将多个粘接在一起的压电复合材料阵元沿垂直结合面的方向切割的步骤之前还包括:
[0015]将多个粘接在一起的压电符合材料阵元采用夹具固定夹紧后置于清洁干燥的环境中晾干。
[0016]在其中一个实施例中，所述将多个粘接在一起的压电复合材料阵元沿垂直结合面的方向切割的步骤包括:
[0017]采用金刚石划片机沿垂直结合面的方向切割多个粘接在一起的压电符合材料阵元，形成压电复合材料。
[0018]在其中一个实施例中，采用磨床磨所述压电复合材料的两面，使所述压电复合材料达到第二预设厚度。
[0019]在其中一个实施例中，用于粘接多个压电复合材料阵元的聚合物厚度为I μ m-2 μ m。
[0020]此外，还提供一种制作工艺简单、复合换能器高频参数要求的2-2型压电复合材料。
[0021]—种2-2型压电复合材料，包括压电陶瓷片/单晶铁电片及聚合物；所述聚合物采用离心机浇注均匀浇注于所述压电陶瓷片/单晶铁电片的一面形成压电复合材料阵元；所述压电复合材料阵元置于磨床中磨去多余的压电陶瓷/单晶铁电和聚合物；使所述压电陶瓷片/单晶铁电片及所述聚合物分别达到各自的预设厚度；所述多个压电复合材料阵元堆叠并在结合面涂上聚合物进行粘接形成压电复合材料。
[0022]上述2-2型压电复合材料及其制备方法采用离心机使聚合物均匀浇注于所述压电陶瓷片/单晶铁电片的一面，通过离心机能够控制聚合物的厚度。再将压电复合材料阵元上多余的聚合物和压电陶瓷/单晶铁电磨去，使压电陶瓷片/单晶铁电片及所述聚合物分别达到各自的预设厚度。将多个压电复合材料阵元堆叠且粘接后，控制结合面的聚合物厚度。从而形成压电复合材料。在上述过程中，严格控制压电陶瓷片/单晶铁电片及聚合物的厚度，从而能够保证压电陶瓷片/单晶铁电片及聚合物的最小总宽度在50 μ m做足，满足2-2型高频压电复合换能器的高频要求，而且加工余量小，提高材料的利用率。
【附图说明】
[0023]图1为2-2型压电复合材料制备方法的流程图；
[0024]图2为整块压电复合材料的结构示意图；
[0025]图3为单片压电复合材料的结构示意图；
[0026]图4为一个实施例中2-2型压电复合材料的工艺流程图；
[0027]图5为又一个实施例中2-2型压电复合材料的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0028]如图1所示，为2-2型压电复合材料制备方法的流程图。
[0029]—种2-2型压电复合材料制备方法，包括以下步骤:
[0030]步骤S110，将一面覆有聚合物的压电陶瓷片/单晶铁电片置于离心机中，控制所述离心机的转速和离心时间，使所述聚合物均匀浇注于所述压电陶瓷片/单晶铁电片的一面形成压电复合材料阵元。
[0031]聚合物为环氧树脂或由环氧树脂、固化剂和/或氧化铝粉、银粉等组成的聚合物。
[0032]聚合物均匀浇注于所述压电陶瓷片/单晶铁电片一面中的聚合物厚度不超过20 μ mD
[0033]具体的，将洗净的压电陶瓷片/单晶铁电片置于离心机中，将一定量的聚合物倒在压电陶瓷片/单晶铁电片上，通过控制离心机的转速和离心时间，将聚合物均匀的浇注在压电陶瓷片/单晶铁电片上。由于使用离心机进行聚合物浇注，因此，聚合物的厚度可以控制在20 μπι以内。然后在清洁干燥的空气中晾干，即形成一块压电复合材料阵元。
[0034]在所述将所述压电复合材料阵元上多余的压电陶瓷和聚合物磨去的步骤之前还包括:将所述压电复合材料阵元置于清洁干燥的环境中晾干。
[0035]步骤S120，将所述压电复合材料阵元上多余的压电陶瓷/单晶铁电和聚合物磨去，使所述压电陶瓷片/单晶铁电片及所述聚合物分别达到各自的预设厚度。
[0036]由于原始的压电陶瓷片/单晶铁电片和浇注后的聚合物并不是实际所需要的厚度，因此，在进行下一步处理之前，需要将多余的压电陶瓷片/单晶铁电片和聚合物磨去，使压电陶瓷片/单晶铁电片和聚合物的厚度达到预设厚度，避免后续工艺中出现不合格的压电复合材料。
[0037]步骤S130，重复上述步骤得到所需数量的压电复合材料阵元，将多个压电复合材料阵元堆叠，并在结合面涂上聚合物，使多个压电复合材料阵元粘接形成压电复合材料。如图2所示，为整块压电复合材料的结构示意图。
[0038]用于粘接多个压电复合材料阵元的聚合物厚度为I μ m-2 μπι。
[0039]在重复执行步骤110-120后，会得到多个压电复合材料阵元，选取需要数量的压电复合材料阵元，将这些压电复合材料阵元堆叠。然后在结合面涂上聚合物，从而将结合物粘接在一起。再通过夹具固定夹紧，能够压出多余的聚合物。一般结合面内用于粘接的聚合物厚度为1μπι-2μπι。这样就能够形成一整块2-2型压电复合材料。然后在清洁干燥的空气中晾干，在晾干过程中要一直使用夹具将堆叠的压电复合材料阵元压紧，以保证压电复合材料阵元的平整和一致性。
[0040]2-2型压电复合材料制备方法还包括将将多个堆叠后的压电复合材料阵元采用夹具固定夹紧，使多余的聚合物溢出。
[0041]在所述将多个粘接在一起的压电复合材料阵元沿垂直结合面的方向切割的步骤之前还包括:将多个粘接在一起的压电符合材料阵元采用夹具固定夹紧后置于清洁干燥的环境中晾干。
[0042]步骤S140，将多个粘接在一起的压电复合材料阵元沿垂直结合面的方向切割，形成单片的压电复合材料。如图3所示，为单片压电复合材料的结构示意图。
[0043]将多个粘接在一起的压电复合材料阵元沿垂直结合面的方向切割的步骤包括:采用金刚石划片机沿垂直结合面的方向切割多个粘接在一起的压电符合材料阵元，形成单片压电复合材料。
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