【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医学超声成像领域，具体涉及一种超声换能器及其制备方法和应用。
技术介绍
1、传统医学超声技术普遍采用低频阵列换能器(频率约10mhz)应用于心脏、肝脏、甲状腺等器官的检测，其较低的中心频率导致空间分辨率较低，成像较为模糊。近年来在皮肤科、眼科和小动物成像等领域中都需要高分辨率、高灵敏度的高频超声成像技术，其中大多数采用20至50mhz机械驱动的单元件。与电子扫描的阵列换能器相比，单阵元换能器缺点在于聚焦焦点固定、景深浅、成像不稳定、成像灵敏度低等。而采用高频阵列换能器成像能够实现电子聚焦并提高图像分辨率。
2、近些年来，高频阵列换能器已应用于部分医学临床检测，但制备高分辨率的超声阵列换能器在技术方面还面临许多困难，比如阵元尺寸微小、压电材料层薄、微结构的导线连接等。如中国专利cn201711462422.0公开了一种压电陶瓷超声线性相控阵列换能器及其制备方法；中国专利cn201310097603.3公开了一种柔性超声相控阵阵列换能器；中国专利cn202010762307.0公开了一种微型阵列超声换能器及其制备方法等，已对高频阵列换能器提出了改进，然而，采用传统的机械切割的方法，对刀片厚度以及切割机的精确度有较高的要求，并且设备成本高、刀片消耗大、切割耗时长，制备效率低，不适合于商业化生产，限制了高频超声成像的广泛应用。
3、因此，鉴于目前制备方法的限制，需要一种新的制备方法在保证换能器高灵敏度、大带宽的同时降低成本、提高效率。
技术实现思路
1
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
3、本专利技术第一方面公开了一种超声换能器的制备方法，包括如下步骤：
4、s1：将压电陶瓷粉末混合于溶剂中，搅拌均匀制得前体浆料，将浆料在真空下填充至模板中，随后于常压下使溶剂挥发，得到前驱体阵列；
5、s2：热压烧结前驱体阵列以除去模板，得到压电陶瓷阵列；
6、s3：通过环氧树脂填充压电陶瓷阵列，固化后研磨减薄，得到线阵阵列；
7、s4：对线阵阵列进行抛光处理，溅射au电极后于硅油中极化，得到具有压电性能的陶瓷线阵；
8、s5：于陶瓷线阵的一侧连接电缆并灌注背衬层固化，于陶瓷线阵的另一侧通过柔性电路板连接金属外壳，于柔性电路板上依次粘贴匹配层和声透镜，最后进行封装。
9、优选地，步骤s1中，所述的压电陶瓷粉末包括但不限于锆钛酸铅(pzt)、铌镁酸铅-钛酸铅(pmnt-pt)、铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅(pin-pmn-pt)、铌酸钾钠(knn)和钛酸铋钠-钛酸钡(nbt-bt)中的一种或多种；所述的溶剂包括环氧树脂或聚乙烯醇。
10、优选地，步骤s1中，所述的模板为松香模板，通过如下步骤得到：
11、将若干铁片等间隙的平行排列于方形塑料容器中，灌入融化的松香并降温固化后，浸泡于溶解剂中除去铁片，得到所述的模板。
12、优选地，步骤s1中，所述的前体浆料在填充至模板之前，需在真空下去除气泡。
13、优选地，步骤s2中，所述的热压的压力为1～10mpa，施压时间为1～30min；所述的烧结过程为：以40～60℃/h的升温速率升温到520～540℃之间的一个温度，并在此温度下保温1.5～2.0h，然后以40～50℃/h的升温速率升温到1150～1170℃之间的一个确定的温度，保温1.5～2.0h，最后以50～80℃/h的速度降温到室温。。
14、优选地，所述的热压的压力为5.4～10mpa，施压时间为20～30min。施加压力会使粉料颗粒间的空隙减少，增大颗粒之间的接触面积，有利于发生固相反应，使烧结更容易进行，可大幅增加陶瓷的致密度。但压力太大又会使模板法生变形甚至损坏，且会使压电柱产生弯曲，因此需要施加压力，又不能过大，存在一个压力最优值。施压时间也是影响加压效果的一个因素，时间太短，颗粒来不及移动响应施压效果，因此加压时间也有个优质，本专利技术选择20～30min。
15、优选地，步骤s4中，溅射之前在线阵阵列的环氧树脂表面设置挡板，保护环氧树脂表面无电极。
16、优选地，步骤s5中，
17、所述的陶瓷线阵的厚度为40～100μm；
18、所述的背衬层为钨粉与环氧树脂的混合物，声阻抗范围为3～7mrayl；
19、所述的匹配层包括内匹配层和外匹配层，所述的内匹配层粘贴于柔性电路板上，所述的外匹配层粘贴于内匹配层与声透镜之间；所述的内匹配层为zro2颗粒与环氧树脂混合物，声阻抗范围为4～11mrayl；所述的外匹配层为环氧树脂聚合物，声阻抗范围为2～3mrayl；
20、所述的声透镜以pdms为基质，焦距为30mm，实现电子聚焦以提高图像分辨率，声阻抗范围为1.1～1.5mrayl；
21、所述的金属外壳为不锈钢材质。
22、优选地，所述的封装为将组装形成的多元件探头封装于金属外壳内，缝隙处采用保护凝胶填充。
23、本专利技术第二方面公开了一种超声换能器，由如上任一所述的方法制备得到。该超声换能器的工作频率达到20mhz～50mhz，满足高频超声成像的技术要求。
24、本专利技术第三方面公开了一种如上所述的超声换能器在超声成像中的应用。
25、优选地，所述的超声换能器在相控阵换能器、线阵换能器和凸阵换能器中的应用。
26、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
27、通过陶瓷粉末填充模板直接烧结出超声换能器的阵列，省去机械切割的过程，大幅减少消耗时间，提高制备效率。采用的软质松香模板具有较强的可塑性，可以对模板以及填充的粉末进行压缩，以保证烧结的压电陶瓷阵列的致密度，从而提高其压电性能。声透镜的使用，对探头起到物理保护作用，还实现了电子聚焦提高了图像分辨率。
28、本专利技术制备的超声阵列换能器，其中厚度为40μm～100μm的陶瓷线阵使得换能器的工作频率达到20mhz～50mhz，满足在高频超声成像中应用的技术条件；多元件的设计提高了换能器的成像帧率和灵敏度，并且增加了聚焦区域景深，对超声成像系统的检测精确度具有重要作用，满足医学超声检测对高频超声换能器成像技术的应用要求。
29、本专利技术提供的是一种低成本、高效率的超声阵列换能器的制备方法，具有良好的应用前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种超声换能器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超声换能器的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述的压电陶瓷粉末包括锆钛酸铅、铌镁酸铅-钛酸铅、铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅、铌酸钾钠和钛酸铋钠-钛酸钡中的一种或多种；所述的溶剂包括环氧树脂或聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的一种超声换能器的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述的模板为松香模板，通过如下步骤得到：
4.根据权利要求1所述的一种超声换能器的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述的热压的压力为1～10MPa，施压时间为1～30min；所述的烧结为：以40～60℃/h的升温速率升温到520～540℃，保温1.5～2.0h，然后以40～50℃/h的升温速率升温到1150～1170℃，保温1.5～2.0h，最后以50～80℃/h的速度降温到室温。
5.根据权利要求4所述的一种超声换能器的制备方法，其特征在于，所述的热压的压力为5.4～10MPa，施压时间为20～30min。
6.根据权利要求1所述的一种超声换能器的制备方法，其特
7.根据权利要求1所述的一种超声换能器的制备方法，其特征在于，步骤S5中，
8.一种超声换能器，其特征在于，由如权利要求1～7任一所述的方法制备得到。
9.一种如权利要求8所述的超声换能器在超声成像中的应用。
10.根据权利要求9所述的一种超声换能器的应用，其特征在于，所述的超声换能器在相控阵换能器、线阵换能器和凸阵换能器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种超声换能器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超声换能器的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述的压电陶瓷粉末包括锆钛酸铅、铌镁酸铅-钛酸铅、铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅、铌酸钾钠和钛酸铋钠-钛酸钡中的一种或多种；所述的溶剂包括环氧树脂或聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的一种超声换能器的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述的模板为松香模板，通过如下步骤得到：
4.根据权利要求1所述的一种超声换能器的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述的热压的压力为1～10mpa，施压时间为1～30min；所述的烧结为：以40～60℃/h的升温速率升温到520～540℃，保温1.5～2.0h，然后以40～50℃/h的升温速率升温到1150～1170℃，保温1.5...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。