本技术介绍了一种利用热膨胀原理制备低密度超声换能器背衬的方法。首先,将未固化的环氧树脂、固化剂和空心微球均匀混合形成混合流体。使用的空心微球材料为聚合物。
背景技术
近几十年来,声学技术得到显著的发展,换能器广泛应用于医疗超声、声纳成像、无损检测等不同领域。换能器由压电元件、匹配层、背衬层和电路组成。压电元件通过压电效应与逆压电效应让换能器实现从声能与电能之间的转换。匹配层是在压电元件上粘贴的一层或多层声阻抗不同的材料,通过声阻抗匹配来调控能量传输效率和拓宽换能器工作频段。背衬层为换能器主体提供机械支撑,并通过声吸收减少换能器接收信号的拖尾,一定程度上提升信号带宽。背衬根据声阻抗大小可划分为高声阻抗背衬与低声阻抗背衬。高声阻抗背衬的声阻抗通常在10-30MRayl之间,与压电元件材料声阻抗相近,其声波耗散进入背衬的能量较多,对声波的衰减较多,干扰脉冲持续时间短但同时灵敏度较低。低声阻抗背衬的声阻抗小于10MRayl,与压电元件材料声阻抗相差较大,其声波反射的能量较多,灵敏度较高,但声衰减能力弱于高声阻抗背衬,其干扰脉冲持续时间较长。理想的背衬材料应该是低声阻抗保证高灵敏度的同时具有较高声衰减系数减少干扰脉冲持续时间。
传统的换能器背衬材料制备方法是通过液态环氧树脂主体添加固体粉末(比如钨粉、氧化钨、空心微球等)混合低温固化(50℃左右)。但是这种制备背衬材料的方式存在一些问题:使用金属、金属氧化物粉末作为填料制成的背衬材料声阻抗较大,通常大于2.5MRayl;使用空心微球作为填料随着质量分数增加,材料混合趋于不均匀,密度与声速存在极限值,其密度通常大于700kg/m^3,声速大于1700m/s,制得背衬材料声阻抗大于1.2MRayl。
针对上述问题,本发明使用软模膨胀法,在高温下使用软质模具,通过调控固化温度改变内部空心微球的膨胀体积,从而降低背衬材料的密度和提高声衰减系数。本发明所提出的方式在保证背衬材料分布均匀的同时使内部产生密集的小气孔,制备得到的背衬材料具有更低的声阻抗和更高的声衰减系数。
实现思路