一种新型的径向振动高频压电陶瓷复合超声换能器

 本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶瓷圆环的几何尺寸对其共振及反共振频率的影响.在此基础上,分析了由压电陶瓷圆环和金属圆盘组成的复合换能器的径向振动,得出了其复合机电等效电路和共振频率方程.研究分析表明,对于具有相同外半径的压电陶瓷圆盘和压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆盘的径向振动共振频率高于压电陶瓷圆环的径向共振频率,并且,压电陶瓷圆环的内半径越大,其径向共振频率越低.当在压电陶瓷圆环内部嵌入一金属圆盘而组成一径向复合超声换能器时,其径向共振频率高于压电陶瓷圆盘的径向共振频率,从而达到了提高换能器共振频率的目的.研制了一些径向复合高频超声换能器,并对其共振频率进行了测试,测试数据证明了理论结果的正确性.     

超声洁牙器压电陶瓷换能器的研制

首先对超声洁牙器用压电陶瓷换能器的结构设计作了论术并进行了计算，接着介绍了包括陶瓷换能器在内的超声洁牙器的材料选择、具体组成以及性能参数。     

宽温域压电超声换能器研究进展

作为重要的无损检测器件,压电超声换能器已广泛应用于国民经济的各个领域。随着现代工业技术特别是航空航天、核电能源和智能制造等工业技术的发展,各类工矿环境对压电换能器的性能提出了更高的要求,迫切期望压电换能器能在宽温域范围内稳定地监测设备的运转状况,提前预警,避免重要设备的结构性损坏。宽温域响应的压电超声换能器是目前压电器件技术领域的前沿性研究内容,该文重点介绍了能够工作在宽温域范围内的压电超声换能器及其结构,阐述了压电超声换能器在无损探伤方面的独特优势。     

高频聚焦换能器的研制

介绍制作高频聚焦换能器的相关理论,设计各项工艺参数,介绍了主频为8～10 MHz的聚焦超声换能器的制作过程.论述了换能器性能测试过程,由测试结果及分析可知,换能器发射的脉冲宽度约4个周期,性能优良,能在检测中分辨1 mm平底孔当量的缺陷,基本达到了设计的预期效果.用研制的换能器进行柱塞孔检测,能明显检测到结合层的缺陷波.     

一种新型扭转振动压电陶瓷超声换能器

研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器.基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式.在此基础上,分析了换能器的共振与其几何尺寸间的关系;并利用有限元方法对压电陶瓷薄圆环扭转振动模态进行了分析.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径比增大时,共振频率随之增大.     

超声洁牙器换能器的研究

本文简要叙述了超声洁牙用换能器的结构设计与工作原理,并提出了适用于换能器的压电陶瓷材料的性能要求。最后列出了这样的洁牙器的系列试验,包括临床应用的结果情况。     

PNW对PMS-PZT压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了PNW-PMS-PZT四元系压电陶瓷,分析了陶瓷样品的相结构组成,结果表明所有陶瓷样品的相结构为纯钙钛矿相结构;随着PNW含量的增加,陶瓷晶粒逐渐长大;研究了室温下PNW含量对介电性能和压电性能的影响,实验表明,随着PNW含量的增加,介电常数rε、机电耦合系数kp和压电常数d33先增加,PNW含量为0.02 mol时分别达到最大值,然后降低;随着PNW含量的增加,介电损耗tanδ一直增加,机械品质因数Qm和居里温度TC始终降低。PNW含量为0.02 mol的压电陶瓷适合制作大功率压电陶瓷变压器。其性能为:rε=2 138,tanδ=0.005 8,kp=0.61,Qm=1 275,d33=380 pC/N和TC=205℃。     

夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计

对夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计进行了探讨，分析了一种压电陶瓷中间带有厚电极的夹心式换能器的频率特性及其机电转换性能，得出了金属厚电极的几何尺寸对换能器振动性能的影响，探讨了换能器中压电陶瓷片的位置和几何尺寸对换能器的共振频率、反共振频率和有效机电耦合系效的影响，并得出了一些有利于夹心式换能器优化设计的结论。     

压电马达用压电陶瓷的研究

采用传统的电子陶瓷工艺制备了高性能四元系压电陶瓷 (PZN- PMS- PZT- r Mn O2 )。考察了不同剂量的锰掺杂对压电陶瓷的介电性能和压电性能的影响 ,即室温介电常数 ε、介电损耗 tanδ、居里温度 Tc、机电耦合系数 kp、压电常数 d33和机械品质因数 Qm。随着 Mn含量的增加 ,ε和 tanδ均减小 ;由于内偏置场的影响 ,居里温度 Tc随锰含量的增加而增加。kp 和 d33随 Mn含量的增加而减小 ;而 Qm 表现出较复杂的变化规律 ,随 Mn含量的增加 Qm先增加 ,当 r=0 .2 %时 ,达到最大值 10 0 0 ,当 r>0 .2 %时 ,Qm 下降。实验结果表明 :当 r=0 .2 %的锰掺杂压电陶瓷比较适合制作压电马达 ,其压电性能为 ε=12 0 0、tanδ=0 .0 0 4、Tc=349°C、kp=0 .6 0、d33=380 p C/ N和 Qm=10 0 0     

Ce掺杂BNBT压电陶瓷的介电弛豫特性

研究了CeO2掺杂对(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3(BNBT)陶瓷晶体结构、介电性能与介电弛豫行为的影响。XRD分析表明,在所研究的组成范围内陶瓷均能形成纯钙钛矿固溶体。修正的居里-外斯公式较好的描述了陶瓷弥散相变特征,弥散指数随CeO2掺杂量的增加而下降。掺杂量较低的陶瓷仅在低温介电反常峰Tf附近表现出明显的频率依赖性,随掺杂量的增加,陶瓷材料在Tf的介电反常峰和频率依赖性慢慢消失。根据宏畴-微畴转变理论探讨了该体系陶瓷介电弛豫特性的机理。     

材料力学性能退化的超声无损检测与评价

在材料长期使用过程中必然会出现力学性能退化的情况,而在材料性能退化过程中事实上涵盖了某种非线性力学行为,而这种非线性力学行为会对声波传递带来影响。通过上述作用便可利用超声对材料力学性能退化进行检测并结合检测结果作出有效评价。     

基于软模法制备1-3型压电复合材料及高频医用超声换能器

高频医用超声成像技术因其高空间分辨率而被广泛应用于人体组织的精细结构观察,其中高频超声换能器的核心材料是1-3型压电复合材料。采用软模板法直接烧结了锆钛酸铅(PZT)压电微柱阵列,进而制备PZT/环氧1-3型压电复合材料,并对其进行了微观结构观察和电学性能表征。材料微观结构完整,机电耦合系数达到0.64。采用此复合材料制备了中心频率为20 MHz的高频超声换能器。采用脉冲回波法对换能器进行了性能和声场测试,并利用其对人体皮肤进行了超声成像,换能器的插入损耗、带宽分别为13.1 dB和84.2%。结果表明,软模法制备的1-3型压电复合材料能使高频超声换能器兼具低插入损耗和大带宽,这为高性能高频医用超声换能器提供了一种低成本、高效率的商业化制备方法。     

PMS-PZT压电陶瓷的制备及性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了PMS-PZT三元系压电陶瓷,分析了其粉体和陶瓷样品的相结构组成,测试结果表明在预烧粉体中随着PMS含量的增加,焦绿石相也增加,在所有陶瓷样品中均为100%的钙钛矿结构;研究了室温下PMS含量对相对介电常数er、介质损耗tgd、居里温度tC、机电耦合系数kp、机械品质因数Qm和压电常数d33的影响,实验表明随着PMS含量的增加,材料逐渐变硬,er、tC、kp和d33逐渐减少,tgd和Qm逐渐增加。     

基于压电微机械超声换能器的液体密度测量传感器

液体产品的密度检测是审核产品品质的重要手段之一。针对当前传统密度检测装置体积大、功耗高、不易在线检测的问题,该文设计并制作了一种基于压电微机械超声换能器(PMUT)的液体密度测量传感器。该传感器由两个PMUT(半径为500μm,空气中谐振频率为136 kHz)组成,分别作为发射端与接收端。实验测试结果表明,该传感器的谐振频率与液体密度成线性关系,在776～1 150 kg/m³密度范围内具有良好的响应,其灵敏度为17 Hz/kg/m³。     

电磁超声换能器（EMAT）的应用技术研究

电磁超声换能器以其非接触性、无需耦合剂等优点代表了无损超声检测技术的发展方向。文章介绍了电磁超声换能器产生的波模类型及其在工业领域中的应用进展。     

压电微型超声换能器阵列设计及焊缝检测应用

针对现有焊缝检测存在换能器尺寸大,带宽窄,成本高和应用灵活性差等局限,该文研制出一种八通道压电微型超声换能器阵列探头。阻抗频率和回波特性测试结果表明,理论模型能有效地指导超声换能器阵列设计,工作频率偏差不超过2%,-6 dB相对带宽可达87.85%。利用探头实现了对25 mm厚度的标准对接钢板试块内部缺陷的准确识别,检测分辨率优于1 mm。该探头体型小且各阵元能独立或协同工作,扫描模式应用灵活,可为焊接钢板的健康监测提供技术参考。     

Y_2O_3掺杂对BCZT无铅压电陶瓷性能影响

采用传统氧化粉末固相反应法制备出了稀土氧化钇Y_2O_3掺杂(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3[简称BCZT-xY]无铅压电陶瓷。通过X射线衍射仪(XRD)及扫描电镜(SEM)研究了不同Y_2O_3掺杂量(x=0.2%~0.8%,质量分数)对BCZT的相结构、显微组织的影响。结果表明,适量掺杂BCZT陶瓷均可获得单一的钙钛矿结构陶瓷,当x为0.6%时获得样品的衍射强度较大;所制陶瓷的电学性能随着Y_2O_3掺杂量的变化显著变化,在烧结温度为1 480℃时,当Y_2O_3掺杂量x为0.2%时,陶瓷电学性能最优,在1 k Hz频率下室温测得各项参数为:压电常数d_(33)=208 pC/N,介电损耗tanδ=0.0182,相对介电常数ε_r=5 172.97。适量Y_2O_3掺杂能够改善BCZT压电陶瓷的电学性能。     

Li_2O掺杂对BNBT6无铅压电陶瓷组织与性能的影响

采用传统固相烧结法制备出0.94Bi_(0.5)(Na_(1-x)Li_x)_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3(BNT6)压电陶瓷(摩尔分数x分别为0.06%,0.10%,0.15%,0.20%),研究了不同含量Li_2O掺杂对Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3(BNT)基陶瓷材料物相结构、显微组织和压电、介电性能的影响。结果表明,添加不同含量的Li_2O,制备的BNBT6压电陶瓷组织分布均匀,致密度高,呈现三方-四方共存的准同型相界结构,且不同含量的Li_2O不影响陶瓷的相结构,但其烧结性能及电性能与Li含量有关。当x=0.15%时,BNBT6陶瓷样品的性能最佳,相对密度达到98%,在1kHz的测试频率下,BNBT6陶瓷样品的压电常数d_(33)=130pC/N,介电常数εr=971,介电损耗tanδ=2.0%,机械品质因数Q_m=367。     

一种用于大功率超声清洗换能器的压电材料

通过对ＰｂＭｅ（Ｃａ＿（１／４）Ｍｎ＿（１／４）Ｎｂ＿（１／２））＿ｘＴｉ＿ｙＺｒ＿ｚＯ＿３系材料的研究，并以Ｓｒ￣（２＋）、Ｍｇ￣（２＋）等价取代Ｐｂ￣（２＋），以ＣｅＯ＿２作为添加改性剂，研制出机电耦合系数高（ｋ＿ｐ＝０．６２）、机械品质因数高（Ｑ＿Ｍ＝２０３６）、机械强度高（抗张强度为４４２ＭＰａ）、经时稳定性好的适用于大功率超声清洗换能器的压电材料。     

PMS对PBSZT压电陶瓷结构与性能的影响

采用传统固相合成法制备了Pb(Mn1/3Sb2/3)O3掺杂的(1–x)(Pb0.92Ba0.02Sr0.06)(Zr0.52Ti0.48)O3-xPb(Mn1/3Sb2/3)O3[xPMS-(1–x)PBSZT]压电陶瓷。通过XRD、SEM和准静态d33仪等手段探讨了PMS掺杂量对xPMS-(1–x)PBSZT陶瓷样品的相结构、显微结构和电性能的影响。结果表明:适量的PMS掺杂有助于降低陶瓷样品的烧结温度,x=0.01的样品在1 230℃烧结具有最大体积密度7.83 g/cm3。当x=0.02时,其具有最佳综合电性能,主要参数为:d33=349pC/N,kp=0.592,εr=1 587,tanδ=0.46%。