《部分超声换能器》课件.pptxVIP

课程简介欢迎来到部分超声换能器课程。在本课程中，我们将深入探讨超声换能器的基本原理、关键材料及制备工艺、性能特点和主要应用领域。通过这些内容的学习，您将全面掌握超声换能器的核心知识。老魏by老师魏

超声换能器的基本原理1压电效应压电晶体在机械应力作用下产生电场2逆压电效应加诸电场会产生机械变形3超声波的生成利用逆压电效应产生超声波振动超声换能器的基本工作原理就是利用压电和逆压电效应。当在压电材料上施加电压时,会产生机械振动,从而产生超声波。同样,当超声波作用于压电材料时,也会在材料两端产生电压差。这种双向转换效应是超声换能器最重要的基本原理。

压电效应与逆压电效应压电效应当某些晶体或陶瓷材料受到外力作用时,会产生电荷,这就是压电效应。它可以将机械能转化为电能。逆压电效应当给这些材料施加电压时,它们会发生形变,发生位移,这就是逆压电效应。它可以将电能转化为机械能。双向转换压电效应和逆压电效应是相互关联的,可以相互转换。这种双向转换效应是超声波换能器的基础。

压电材料的种类及特性晶体材料钛酸钡、磷酸氢钠等天然压电晶体,具有优异的压电性能。陶瓷材料钛酸钡、铋钛酸钡等人工压电陶瓷,制备工艺成熟,性能稳定。高分子材料聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯等压电高分子,具有较好的柔性和韧性。

压电陶瓷的制备工艺配料与混合根据配方,将各种原料如钛酸钡、铋钛酸钡等精确称量并充分混合。预烧与粉碎在高温下预烧混合料,形成所需的晶体结构。然后对烧结体进行粉碎和研磨。成型与烧结将预烧粉末采用干压或湿压成型,然后在高温下烧结数小时,形成致密的陶瓷坯体。电极和极化在陶瓷表面涂覆导电电极,然后施加强电场,使其极化并获得优异的压电性能。

压电陶瓷的性能参数1压电系数衡量材料压电性能的重要指标,表示在电场作用下材料产生的应变或应力。2介电常数反映材料储存电能的能力,影响换能器的灵敏度和带宽特性。3机电耦合系数表示电能和机械能之间的转换效率,是设计换能器的关键参数。4介电损耗表示材料在电场作用下的能量损失,影响换能器的转换效率。

压电陶瓷的测试方法电性能测试通过专业仪器测量压电陶瓷的压电系数、介电常数、机电耦合系数等关键电性能参数。机械性能测试利用力学测试设备检测压电陶瓷的弹性模量、硬度、断裂强度等机械特性。微观结构分析通过扫描电镜等先进仪器观察压电陶瓷的晶粒大小、晶界状态等微观形貌。

压电陶瓷的常见应用超声换能器压电陶瓷是制造超声波换能器的主要材料,可广泛应用于医疗诊断、工业无损检测、清洗等领域。压电传感器压电陶瓷具有将机械能转换为电能的特性,可用作压力传感器、加速度传感器等各种类型的传感器。电声换能器凭借出色的压电性能,压电陶瓷被广泛应用于扬声器、麦克风等电声换能设备中。微电机与执行器压电陶瓷的逆压电效应可产生精确的微小位移,因此被用于微型马达、致动器等微机电系统。

单晶压电材料的特点高压电系数单晶材料与陶瓷相比具有更高的压电系数,能产生更强的压电效应。低介电损耗单晶材料的原子排列更加有序,晶体结构完整,介电损耗低于陶瓷。良好的可靠性单晶材料无需极化处理,其压电性能更加稳定和可靠。

单晶压电材料的制备工艺1原料准备精选高纯度氧化物等原料化合物2熔融生长采用拉晶法在高温下熔融生长单晶3切割加工对生长好的单晶棒进行切割、研磨抛光4电极涂覆在单晶表面镀上导电电极单晶压电材料的制备主要通过熔融生长的方法。首先准备高纯度的原料化合物,然后在高温下熔融并缓慢拉晶,形成单晶棒。接下来需要对单晶进行切割、研磨和抛光等加工,最后在表面涂覆导电电极。经过这些精细的工艺步骤,才能制造出性能优异的单晶压电材料。

单晶压电材料的性能参数高压电系数单晶压电材料的压电系数通常高于传统压电陶瓷,可达到800pC/N或更高,表现出卓越的压电性能。低介电损耗单晶材料由于原子排列有序,晶体结构完整,其介电损耗远低于压电陶瓷,可达0.1%以下。优异的可靠性单晶压电材料无需极化处理,其压电性能稳定可靠,长期使用性能不会发生明显衰减。

单晶压电材料的测试方法X射线衍射分析利用X射线衍射仪检测单晶材料的晶体结构和取向,确保其晶体完整性。热分析测试通过差示扫描量热法和热重分析法评估单晶材料的相变行为和热稳定性。电性能测试采用精密的电参数测试仪器测量单晶材料的压电系数、介电常数等关键电学性能。

单晶压电材料的应用领域医疗诊断高性能单晶压电材料可制造超声波换能器,广泛应用于超声成像设备,提供更清晰的诊断图像。工业检测单晶压电传感器具有出色的灵敏度,在工厂无损检测、机械故障诊断等方面发挥重要作用。电声换能单晶压电材料可制造高品质的扬声器和麦克风,广泛应用于音响设备和电子产品中。微型执行器单晶压电致动器可产生精确微小位移,在微型机器人、执行机构等微电子系统中得到广泛应用。

压电薄膜的制备技术1溅射沉积在真空中通过离子轰击靶