一种用于高温无损检测的超声换能器及其背衬层制造技术

本发明专利技术提供一种用于高温无损检测的超声换能器及其背衬层，所述背衬层的原料为高温环氧树脂与导电颗粒的混合物，将所述混合物涂覆平铺在超声换能器压电元件的后侧，固化得到背衬层；所述高温无损检测超声换能器，包括压电元件，压电元件后侧涂覆上述的混合物，混合物固化得到背衬层，导线一端通过所述混合物固化连接在背衬层上远离压电元件的一侧，本发明专利技术可以避免超声换能器各部件加压耦合的复杂性，简化了换能器结构，同时保证换能器可以在250℃之下稳定工作。之下稳定工作。之下稳定工作。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温无损检测的超声换能器及其背衬层


[0001]本专利技术属于无损检测
，具体属于一种用于高温无损检测的超声换能器及其背衬层。

技术介绍

[0002]常规的超声换能器制作中主要考虑背衬材料、灌封材料、电极材料、导线引出方式以及层间的耦合方式，在高温应用中又要求这些组件及连接方式适用于高温。其中涉及灌封材料，需要其在高温环境下结构稳定，同时要保证其热膨胀系数与压电材料相当。目前主流的方法是使用热膨胀系数较低的环氧树脂或者通过向聚合物中增加填料来降低材料的热膨胀系数。对于背衬，目前常用的材料有环氧树脂、多孔陶瓷、复合金属等等，其中环氧树脂声阻抗较低且声衰减系数较低，多孔陶瓷与复合金属可以达到很高的声衰减，但需要将多孔陶瓷与复合金属与压电材料进行粘合连接，结构复杂，制备困难；
[0003]上述粘合方法通常为高温粘合剂、焊接、高压干耦合等，但粘合剂的热膨胀、焊料的温度限制以及由于本身材料属性造成的声失配、干耦合的高压对材料结构的损害等等，都会影响超声换能器传统背衬及封装方式的高温适用性。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于高温无损检测的超声换能器及其背衬层，可以避免各部件加压耦合的复杂性，简化了换能器结构，同时保证换能器可以在250℃之下稳定工作。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于高温无损检测的超声换能器的背衬层，所述背衬层的原料为高温环氧树脂与导电颗粒的混合物，将所述混合物涂覆平铺在超声换能器压电元件的后侧，固化得到背衬层。
[0006]进一步的，所述导电颗粒为粒径为2.5
‑
10微米的银粉。
[0007]进一步的，所述高温环氧树脂与导电颗粒的质量比为1：(2～2.5)。
[0008]进一步的，所述背衬层的厚度为1.5mm
‑
2mm。
[0009]进一步的，所述高温环氧树脂为3019树脂和13C树脂混合制备。
[0010]本专利技术还提供一种用于高温无损检测的超声换能器，包括压电元件，压电元件后侧涂覆上述的混合物，混合物固化得到背衬层，导线一端通过所述混合物固化连接在背衬层上远离压电元件的一侧。
[0011]进一步的，所述压电元件前侧和后侧表面镀金电极，压电元件前侧金电极与黄铜外壳接触连通，压电元件后侧金电极上涂覆高温环氧树脂与导电颗粒的混合物，固化得到背衬层。
[0012]进一步的，黄铜外壳中填充灌封材料，灌封材料没过导线与背衬层的连接处，静置固化，导线另一端与黄铜外壳顶部的SMA接口连接。
[0013]进一步的，所述压电元件为BSPT材料。
[0014]进一步的，背衬层与压电元件大小相同。
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0016]本专利技术提供一种用于高温无损检测的超声换能器的背衬层，通过在高温环氧树脂中掺杂导电颗粒的方式提高背衬层声阻抗同时降低热膨胀系数，增强了背衬材料的导热能力，并且高温环氧树脂和导电颗粒的混合物本身具有一定的粘性，利用该混合物本身的粘性可以直接和压电元件耦合，避免了常规背衬层与压电元件耦合方式对压电元件结构的损害，也避免了常规背衬层与压电元件耦合的复杂性，简化了换能器结构。
[0017]本专利技术提供一种用于高温无损检测的超声换能器，使用导电颗粒银粉与高温环氧树脂的混合物制作背衬层，通过背衬本身的粘性与压电材料耦合，同时其导电性又方便了压电元件后端电极的引出，利用背衬材料的导电性和粘附性直接将导线连接于背衬之上，使得换能器结构简单，容易实现，并且具有很好的热稳定性与优异性能，解决了高温无损检测超声换能器中各部件加压耦合工艺的复杂性以及传统背衬及封装方式的高温不适用性问题。
附图说明
[0018]图1为所述超声换能器整体结构示意图；
[0019]图2为脉冲回波测试结果图。
[0020]附图中：11、黄铜外壳；12、背衬层；13、压电元件；14、灌封材料；15、SMA接口；16、导线。
具体实施方式
[0021]下面将结合附图对本专利技术具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本专利技术的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本专利技术保护的范围。
[0022]如图1所示，本专利技术提供了一种用于高温无损检测的超声换能器，包括涂覆并固化在压电元件13后侧的背衬层12，背衬层12为高温环氧树脂与导电颗粒的混合物，导线16一端通过混合物固化连接在背衬层12上远离压电元件13的一侧。
[0023]优选的，压电元件13前侧和后侧表面镀金电极，压电元件13前侧金电极与黄铜外壳11接触连通，压电元件13后侧金电极上涂覆高温环氧树脂与导电颗粒的混合物，固化得到背衬层12，背衬层12的厚度为1.5mm
‑
2mm；
[0024]本专利技术提供了一种用于高温无损检测的超声换能器的制作方法，具体步骤如下：
[0025]1)制作背衬层12
[0026]配置所需高温环氧树脂，并进行真空脱泡，将高温环氧树脂与导电颗粒混合，并搅拌均匀，得到混合物；
[0027]将混合物平铺于压电元件13之上以规定条件静置固化，将固化后的试块切割至所需尺寸，在压电元件13上制备得到背衬层12。
[0028]2)连接导线16
[0029]将上述混合物取少量置于背衬层12之上，插入导线16，以规定条件静置固化，将导
线16一端与背衬层12连接。
[0030]3)组装超声换能器
[0031]将经过步骤1)、2)处理的压电元件13放入黄铜外壳11中，在压电元件13上表面镀金电极与黄铜外壳11接触连通，向黄铜外壳11中填充灌封材料14，直至灌封材料14没过导线16与背衬层12的连接处，静置固化，令导线16另一端与黄铜外壳11顶部的SMA接口15连接。
[0032]优选的，灌封材料14为高温环氧树脂。
[0033]基于压电效应，压电元件13用于机械能与电能的相互转换，将超声波发射到待测物体并接收从待测物体反射的超声波信号。背衬层12位于压电元件后方，用于吸收由于压电元件振动而产生的向后方传播的声波，使得振动迅速停止。本专利技术中背衬层12直接附着于压电元件之上，通过在高温环氧树脂中掺杂导电颗粒的方式提高背衬的声阻抗同时降低热膨胀系数，增强了背衬材料的导热能力，其导电性又方便了压电元件后端电极的引出。导线16利用背衬材料的导电性和粘附性直接连接于背衬之上。
[0034]优选的，压电元件使用BSPT材料，将其研磨至360微米；
[0035]优选的，高温环氧树脂为将A(3019树脂)、B组分(13C树脂)按照一定比例混合搅拌均匀，并进行真空脱泡；
[0036]优选的，导电颗粒为粒径为2.5
‑
10微米的银粉；
[0037]优选的，高温环氧树本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高温无损检测的超声换能器的背衬层，其特征在于，所述背衬层的原料为高温环氧树脂与导电颗粒的混合物，将所述混合物涂覆平铺在超声换能器压电元件的后侧，固化得到背衬层。2.根据权利要求1所述的一种用于高温无损检测的超声换能器的背衬层，其特征在于，所述导电颗粒为粒径为2.5
‑
10微米的银粉。3.根据权利要求1所述的一种用于高温无损检测的超声换能器的背衬层，其特征在于，所述高温环氧树脂与导电颗粒的质量比为1：(2～2.5)。4.根据权利要求1所述的一种用于高温无损检测的超声换能器的背衬层，其特征在于，所述背衬层的厚度为1.5mm
‑
2mm。5.根据权利要求1所述的一种用于高温无损检测的超声换能器的背衬层，其特征在于，所述高温环氧树脂为3019树脂和13C树脂混合制备。6.一种用于高温无损检测的超声换能器，其特征在于，包括压电元件(13)，压电元件(13)后侧涂覆权利要求1所述的混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵天龙，张娟，全熠，娄利飞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：