一种超声换能器匹配层材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超声换能器材料技术领域，尤其涉及一种超声换能器匹配层材料及其制备方法。采用如下技术方案：以重量份数为单位包含如下成分：酚醛树脂15~34份、氧化铝50~92份、石墨3~17份、碳纤维1~16份、固化剂1.5~5份和润滑剂0.5~5份；将以上原材料粉末进行密炼、热压成型后制得超声换能器匹配层材料。本发明专利技术的有益效果在于：通过采用氧化铝，具体采用针状氧化铝与酚醛树脂混合制得具备较高声阻抗率和较低声衰减性的材料，降低材料成本以及加工难度；结合石墨作为良好导热导体，可提高材料的导热性能；硬脂酸钙或硬脂酸锌作为润滑剂，可有效提高匹配层材料整体成型效果，提高产品合格率；同时碳纤维可有效提高匹配层材料整体的稳定性，提高产品声学性能和合格率。提高产品声学性能和合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种超声换能器匹配层材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超声换能器材料
，尤其涉及一种超声换能器匹配层材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]超声换能器在使用时，由于人体软组织的声特性阻抗约为1.5
×
106Pa
·
s/m左右，而压电陶瓷片的声特性阻抗可高达38
×
106Pa
·
s/m左右，两者差距非常大，如果压电陶瓷晶片直接接触人体，由压电陶瓷向人体软组织中辐射超声波，由于两者阻抗相差悬殊，所以反射系数很大，透射系数很小，这样大部分声波被反射，只有少部分声波透射，导致无法正常获取超声回波，影响最终成像。为了克服这种缺点，人们在压电陶瓷片与人体之间插入一些媒质层，即为匹配层，使压电陶瓷片和人体之间的声特性阻抗逐渐变化，优化成像效果。因此，匹配层的质量很大程度影响超声换能器的整体性能。目前超声换能器中的匹配层大多采用单层、双层或三层的匹配层，也有少数使用大于三层的匹配层，在匹配层中，与压电陶瓷晶片相连接的匹配层为第一匹配层，由于压电陶瓷晶片的声特性阻抗较大，因此与压电陶瓷晶片连接的第一匹配层需要较高的声特性阻抗，制备该匹配层的材料需要较高的声阻抗率。
[0003]目前常用的第一匹配层采用环氧树脂+钨粉制成，将钨粉均匀分布于环氧树脂中得到具有较高声阻抗率的材料，利用该材料制得的第一匹配层具备较高的声特性阻抗。然而，钨粉价格高昂，导致其综合成本较高，且环氧树脂+钨粉制得的匹配层存在衰减率较高的问题，对于穿透性较差的高频声波，会导致声波衰减过大，降低超声换能器的灵敏度，影响成像，另外，由于钨粉的密度较大，在加工过程中，钨粉容易在环氧树脂中沉底，出现分散不均匀导致成型后翘曲严重以及不良率高等问题，同时，由于钨粉在环氧树脂中分散不均匀，即便钨粉的导热系数高达173W/m*K，在此体系中也不容易形成导热通路，实际测试的导热系数仅有2.6 W/m*K左右，证明其没有很好地形成导热通路。而匹配层导热系数不佳，会使探头在长时间工作后积累大量余热，进而损坏元器件，降低探头的使用寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超声换能器匹配层材料及其制备方法，具体在于提供一种材料成本低、声阻抗率较高、导热性良好且声学性能稳定的超声换能器匹配层材料及其制备方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种超声换能器匹配层材料，以重量份数为单位包含如下成分：酚醛树脂15~34份、氧化铝50~92份、石墨3~17份、碳纤维1~16份、固化剂1.5~5份和润滑剂0.5~5份。
[0006]具体的，酚醛树脂为热塑性酚醛树脂。
[0007]具体的，固化剂为六亚甲基四胺。
[0008]具体的，润滑剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌。
[0009]一种超声换能器匹配层材料的制备方法，包括如下步骤：S01、以重量份数为单位称取以下原材料：酚醛树脂15~34份、氧化铝50~92份、石墨3~17份、碳纤维1~16份、固化剂1.5~5份和润滑剂0.5~5份。
[0010]S02、将原材料中的酚醛树脂破碎呈粉末状，然后与其他粉末状的原材料搅拌混合均匀。
[0011]S03、将混合均匀后的粉末状原材料放入密炼机进行密炼。
[0012]S04、将密炼后的粉末状原材料冷却，然后置于模具中在平板硫化机中进行热压成型，得到片材。
[0013]S05、将片材研磨至设定的厚度，得到用于超声换能器的匹配层。
[0014]具体的，步骤S01中酚醛树脂为热塑性酚醛树脂。
[0015]具体的，步骤S01中固化剂为六亚甲基四胺。
[0016]具体的，步骤S01中氧化铝采用粒径为3~4μm的针状氧化铝粉末。
[0017]具体的，步骤S01中的润滑剂采用硬脂酸钙或硬脂酸锌。
[0018]具体的，步骤S04中，利用平板硫化机进行热压成型时，平板硫化机设置为自动模式，具体包括如下步骤：S41、预压，时间6~10min，压力15~20MPa。
[0019]S42、排气5~15次，每次排气10s。
[0020]S43、增压，时间60~90min，压力20~25MPa。
[0021]S44、冷却，冷却降温至30~50摄氏度。
[0022]本专利技术的有益效果在于：通过采用氧化铝，具体采用针状氧化铝与酚醛树脂混合制得具备较高声阻抗率和较低声衰减性的材料，同时降低材料成本以及加工难度；结合石墨作为良好导热导体，可提高材料的导热性能；硬脂酸钙或硬脂酸锌作为润滑剂，可有效提高匹配层材料整体成型效果，提高产品合格率；同时碳纤维可有效提高匹配层材料整体的稳定性，提高产品声学性能和合格率。
实施方式
[0023]实施例1，一种超声换能器匹配层材料，以重量份数为单位包含如下成分：酚醛树脂20份、氧化铝55份、石墨6份、碳纤维10份、固化剂2份和润滑剂0.5份。其中，酚醛树脂为热塑性酚醛树脂；固化剂为六亚甲基四胺；润滑剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌。
[0024]本实施例还提供一种超声换能器匹配层材料的制备方法，包括如下步骤：S01、以重量份数为单位称取以下原材料：酚醛树脂20份、氧化铝55份、石墨6份、碳纤维10份、固化剂2份和润滑剂0.5份。
[0025]S02、将原材料中的酚醛树脂破碎呈粉末状，然后与其他粉末状的原材料搅拌混合均匀。
[0026]S03、将混合均匀后的粉末状原材料放入密炼机进行密炼。其中，进行密炼时，密炼机温度设置为110℃，转速30rpm，密炼时间为30min。
[0027]S04、将密炼后的粉末状原材料冷却，然后置于模具中在平板硫化机中进行热压成型，得到片材。
[0028]S05、将片材研磨至设定的厚度，得到用于超声换能器的匹配层。
[0029]其中，步骤S01中酚醛树脂为热塑性酚醛树脂；固化剂为六亚甲基四胺；氧化铝采用粒径为3~4μm的针状氧化铝粉末；步骤S01中的润滑剂采用硬脂酸钙或硬脂酸锌；石墨为1250目微粉石墨，粒径约为10μm；碳纤维的单丝直径为7μm，平均长度为50μm。
[0030]具体的，步骤S04中，利用平板硫化机进行热压成型时，平板硫化机设置为自动模式，具体包括如下步骤：S41、预压，时间8min，压力17MPa。
[0031]S42、排气10次，每次排气10s。
[0032]S43、增压，时间75min，压力20MPa。
[0033]S44、冷却，冷却降温至40摄氏度。
[0034]实施例2，一种超声换能器匹配层材料，以重量份数为单位包含如下成分：酚醛树脂20份、氧化铝75份、石墨6份、碳纤维10份、固化剂2份和润滑剂0.5份。其中，酚醛树脂为热塑性酚醛树脂；固化剂为六亚甲基四胺；润滑剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌。
[0035]本实施例还提供一种超声换能器匹配层材料的制备方法，包括如下步骤：S01、以重量份数为单位称取以下原材料：酚醛树脂20份、氧化铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声换能器匹配层材料，其特征在于：以重量份数为单位包含如下成分：酚醛树脂15~34份、氧化铝50~92份、石墨3~17份、碳纤维1~16份、固化剂1.5~5份和润滑剂0.5~5份。2.根据权利要求1所述的一种超声换能器匹配层材料，其特征在于：所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂。3.根据权利要求2所述的一种超声换能器匹配层材料，其特征在于：所述固化剂为六亚甲基四胺。4.根据权利要求1所述的一种超声换能器匹配层材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌。5.一种超声换能器匹配层材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S01、以重量份数为单位称取以下原材料：酚醛树脂15~34份、氧化铝50~92份、石墨3~17份、碳纤维1~16份、固化剂1.5~5份和润滑剂0.5~5份；S02、将原材料中的酚醛树脂破碎呈粉末状，然后与其他粉末状的原材料搅拌混合均匀；S03、将混合均匀后的粉末状原材料放入密炼机进行密炼；S04、将密炼后的粉末状原材料冷却，然后置于模具中在平板硫化机中进行热压成型，得到片材；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：林锦豪，余炎雄，林嘉财，蔡建伟，林泽文，
申请(专利权)人：汕头市超声仪器研究所股份有限公司，
类型：发明
国别省市：