2-2型壓電復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓電材料制備，特別是涉及一種復(fù)合換能器高頻參數(shù)要求的2-2型壓電復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電復(fù)合材料是將壓電材料和聚合物按一定的連同方式，一定的體積(或重量)比例復(fù)合而成。壓電復(fù)合材料有很多優(yōu)良的性能，例如聲阻抗低，柔韌性好，換能器脈沖時間短，具有較高的抗機械沖擊性能等。2-2型壓電復(fù)合材料的壓電相和聚合物相均在二維平面內(nèi)自連，具有層狀交疊的復(fù)合結(jié)構(gòu)。它的性能取決于壓電陶瓷和聚合物的體積比，可以找到一個最佳體積比，使機械耦合系數(shù)最高，側(cè)向振動耦合最弱，而且其最顯著的優(yōu)點是能夠制成超高頻的換能器，提高圖像的分辨率。因此被廣泛的應(yīng)用在醫(yī)療成像，無損檢測等領(lǐng)域。
[0003]中心工作頻率在20MHz以上的高頻2-2型壓電換能器，對壓電陶瓷柱及陶瓷柱之間聚合物的厚度要求較高。傳統(tǒng)的一般采用切割-填充法，由于劃片機刀具厚度OlOum)的限制，難以達到換能器的高頻參數(shù)要求，而且由劃片機加工的壓電陶瓷，存在崩邊現(xiàn)象，嚴重影響壓電復(fù)合材料的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要針對提供一種工藝簡單、復(fù)合換能器高頻參數(shù)要求的2-2型壓電復(fù)合材料制備方法。
[0005]—種2-2型壓電復(fù)合材料制備方法，包括以下步驟:
[0006]將一面覆有聚合物的壓電陶瓷片/單晶鐵電片置于離心機中，控制所述離心機的轉(zhuǎn)速和離心時間，使所述聚合物均勻澆注于所述壓電陶瓷片/單晶鐵電片的一面形成壓電復(fù)合材料陣元；
[0007]將所述壓電復(fù)合材料陣元上多余的壓電陶瓷/單晶鐵電和聚合物磨去，使所述壓電陶瓷片/單晶鐵電片及所述聚合物分別達到各自的預(yù)設(shè)厚度；
[0008]重復(fù)上述步驟得到所需數(shù)量的壓電復(fù)合材料陣元，將多個壓電復(fù)合材料陣元堆疊，并在結(jié)合面涂上聚合物，使多個壓電復(fù)合材料陣元粘接形成壓電復(fù)合材料。
[0009]在其中一個實施例中，還包括將多個粘接在一起的壓電復(fù)合材料陣元沿垂直結(jié)合面的方向切割，形成單片的壓電復(fù)合材料。
[0010]在其中一個實施例中，所述聚合物均勻澆注于所述壓電陶瓷片/單晶鐵電片一面中的聚合物厚度不超過20 μ m。
[0011]在其中一個實施例中，在所述將所述壓電復(fù)合材料陣元上多余的壓電陶瓷和聚合物磨去的步驟之前還包括:
[0012]將所述壓電復(fù)合材料陣元置于清潔干燥的環(huán)境中晾干。
[0013]在其中一個實施例中，還包括將將多個堆疊后的壓電復(fù)合材料陣元采用夾具固定夾緊，使多余的聚合物溢出。
[0014]在其中一個實施例中，在所述將多個粘接在一起的壓電復(fù)合材料陣元沿垂直結(jié)合面的方向切割的步驟之前還包括:
[0015]將多個粘接在一起的壓電符合材料陣元采用夾具固定夾緊后置于清潔干燥的環(huán)境中晾干。
[0016]在其中一個實施例中，所述將多個粘接在一起的壓電復(fù)合材料陣元沿垂直結(jié)合面的方向切割的步驟包括:
[0017]采用金剛石劃片機沿垂直結(jié)合面的方向切割多個粘接在一起的壓電符合材料陣元，形成壓電復(fù)合材料。
[0018]在其中一個實施例中，采用磨床磨所述壓電復(fù)合材料的兩面，使所述壓電復(fù)合材料達到第二預(yù)設(shè)厚度。
[0019]在其中一個實施例中，用于粘接多個壓電復(fù)合材料陣元的聚合物厚度為I μ m-2 μ m。
[0020]此外，還提供一種制作工藝簡單、復(fù)合換能器高頻參數(shù)要求的2-2型壓電復(fù)合材料。
[0021]—種2-2型壓電復(fù)合材料，包括壓電陶瓷片/單晶鐵電片及聚合物；所述聚合物采用離心機澆注均勻澆注于所述壓電陶瓷片/單晶鐵電片的一面形成壓電復(fù)合材料陣元；所述壓電復(fù)合材料陣元置于磨床中磨去多余的壓電陶瓷/單晶鐵電和聚合物；使所述壓電陶瓷片/單晶鐵電片及所述聚合物分別達到各自的預(yù)設(shè)厚度；所述多個壓電復(fù)合材料陣元堆疊并在結(jié)合面涂上聚合物進行粘接形成壓電復(fù)合材料。
[0022]上述2-2型壓電復(fù)合材料及其制備方法采用離心機使聚合物均勻澆注于所述壓電陶瓷片/單晶鐵電片的一面，通過離心機能夠控制聚合物的厚度。再將壓電復(fù)合材料陣元上多余的聚合物和壓電陶瓷/單晶鐵電磨去，使壓電陶瓷片/單晶鐵電片及所述聚合物分別達到各自的預(yù)設(shè)厚度。將多個壓電復(fù)合材料陣元堆疊且粘接后，控制結(jié)合面的聚合物厚度。從而形成壓電復(fù)合材料。在上述過程中，嚴格控制壓電陶瓷片/單晶鐵電片及聚合物的厚度，從而能夠保證壓電陶瓷片/單晶鐵電片及聚合物的最小總寬度在50 μ m做足，滿足2-2型高頻壓電復(fù)合換能器的高頻要求，而且加工余量小，提高材料的利用率。
【附圖說明】
[0023]圖1為2-2型壓電復(fù)合材料制備方法的流程圖；
[0024]圖2為整塊壓電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為單片壓電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為一個實施例中2-2型壓電復(fù)合材料的工藝流程圖；
[0027]圖5為又一個實施例中2-2型壓電復(fù)合材料的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，為2-2型壓電復(fù)合材料制備方法的流程圖。
[0029]—種2-2型壓電復(fù)合材料制備方法，包括以下步驟:
[0030]步驟S110，將一面覆有聚合物的壓電陶瓷片/單晶鐵電片置于離心機中，控制所述離心機的轉(zhuǎn)速和離心時間，使所述聚合物均勻澆注于所述壓電陶瓷片/單晶鐵電片的一面形成壓電復(fù)合材料陣元。
[0031]聚合物為環(huán)氧樹脂或由環(huán)氧樹脂、固化劑和/或氧化鋁粉、銀粉等組成的聚合物。
[0032]聚合物均勻澆注于所述壓電陶瓷片/單晶鐵電片一面中的聚合物厚度不超過20 μ mD
[0033]具體的，將洗凈的壓電陶瓷片/單晶鐵電片置于離心機中，將一定量的聚合物倒在壓電陶瓷片/單晶鐵電片上，通過控制離心機的轉(zhuǎn)速和離心時間，將聚合物均勻的澆注在壓電陶瓷片/單晶鐵電片上。由于使用離心機進行聚合物澆注，因此，聚合物的厚度可以控制在20 μπι以內(nèi)。然后在清潔干燥的空氣中晾干，即形成一塊壓電復(fù)合材料陣元。
[0034]在所述將所述壓電復(fù)合材料陣元上多余的壓電陶瓷和聚合物磨去的步驟之前還包括:將所述壓電復(fù)合材料陣元置于清潔干燥的環(huán)境中晾干。
[0035]步驟S120，將所述壓電復(fù)合材料陣元上多余的壓電陶瓷/單晶鐵電和聚合物磨去，使所述壓電陶瓷片/單晶鐵電片及所述聚合物分別達到各自的預(yù)設(shè)厚度。
[0036]由于原始的壓電陶瓷片/單晶鐵電片和澆注后的聚合物并不是實際所需要的厚度，因此，在進行下一步處理之前，需要將多余的壓電陶瓷片/單晶鐵電片和聚合物磨去，使壓電陶瓷片/單晶鐵電片和聚合物的厚度達到預(yù)設(shè)厚度，避免后續(xù)工藝中出現(xiàn)不合格的壓電復(fù)合材料。
[0037]步驟S130，重復(fù)上述步驟得到所需數(shù)量的壓電復(fù)合材料陣元，將多個壓電復(fù)合材料陣元堆疊，并在結(jié)合面涂上聚合物，使多個壓電復(fù)合材料陣元粘接形成壓電復(fù)合材料。如圖2所示，為整塊壓電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]用于粘接多個壓電復(fù)合材料陣元的聚合物厚度為I μ m-2 μπι。
[0039]在重復(fù)執(zhí)行步驟110-120后，會得到多個壓電復(fù)合材料陣元，選取需要數(shù)量的壓電復(fù)合材料陣元，將這些壓電復(fù)合材料陣元堆疊。然后在結(jié)合面涂上聚合物，從而將結(jié)合物粘接在一起。再通過夾具固定夾緊，能夠壓出多余的聚合物。一般結(jié)合面內(nèi)用于粘接的聚合物厚度為1μπι-2μπι。這樣就能夠形成一整塊2-2型壓電復(fù)合材料。然后在清潔干燥的空氣中晾干，在晾干過程中要一直使用夾具將堆疊的壓電復(fù)合材料陣元壓緊，以保證壓電復(fù)合材料陣元的平整和一致性。
[0040]2-2型壓電復(fù)合材料制備方法還包括將將多個堆疊后的壓電復(fù)合材料陣元采用夾具固定夾緊，使多余的聚合物溢出。
[0041]在所述將多個粘接在一起的壓電復(fù)合材料陣元沿垂直結(jié)合面的方向切割的步驟之前還包括:將多個粘接在一起的壓電符合材料陣元采用夾具固定夾緊后置于清潔干燥的環(huán)境中晾干。
[0042]步驟S140，將多個粘接在一起的壓電復(fù)合材料陣元沿垂直結(jié)合面的方向切割，形成單片的壓電復(fù)合材料。如圖3所示，為單片壓電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]將多個粘接在一起的壓電復(fù)合材料陣元沿垂直結(jié)合面的方向切割的步驟包括:采用金剛石劃片機沿垂直結(jié)合面的方向切割多個粘接在一起的壓電符合材料陣元，形成單片壓電復(fù)合材料。
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