大功率超声波压电换能材料的研究.pdf

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1、第36卷第6期压电与声光Vol_36No．62014往12Y]PIEZOELECTRICS&ACOUST0OPTICSDec．2014文章编号：1004—2474(2014)06—0936—03大功率超声波压电换能材料的研究范跃农，刘飞(景德镇陶瓷学院，机械电子工程学院，江西景德镇333403)摘要：介绍了大功率超声波压电换能材料在工业及国防上的主要应用。通过对传统压电陶瓷工艺在某些工序的改进，如二次细磨的湿式化及通过四元系压电陶瓷配方的优化发现可制备出高居里温度(Tc一330℃)大功率超声压电陶瓷换能器材料，测

2、得其压电常数(d。。)可达350，机械品质因数1200，机电耦合系数(k)为0．6，同时具有良好的一致性、机械强度和抗冲击能力。关键词：大功率；超声波；压电换能器；换能材料；材料研究中图分类号：TB552文献标识码：AResearchonMaterialsofPiezoelectricUltrasonicTransducerswithHighPowerFANYuenong，LIUFei(SchoolofMechanicalandElectronicEngineering，JingdezhenCeramicsIns

3、titute，Jingdezhen333403，China)Abstract：Thispaperintroducedmainapplicationsofhighpowerultrasonictransducersmaterialsinfieldofin—dustryandnationaldefense．Wefoundthat，byimprovementsinsomeprocessesofconventionalpiezoelectricceram—icmanufacturingtechnology，suchass

4、econdwetmill，andwithanoptimizedquaternarysystempiezoelectriceeramicsingredients，wecanproducehighpowerandhighCurietemperature(Tc一330C)ultrasonictransducersmate—rialswithbetterpiezoelectricperformances．Themeasuredd33canreachtO350，themechanicalqualityfactorofQis

5、1200anditskpis0．6，andtheceramicshasthefeaturesofgooduniformity，highmechanicalstrengthandgoodimpactresistance．Keywords：highpower；ultrasonicwave；piezoelectrictransducer；transducersmaterials；materialresearch0引言方厘米到近百瓦／平方厘米。在压电陶瓷出现前，大功率超声换能器没有实用化。原因主要是用作换能超声波是在机械

6、振动过程中产生的机械波，在器的材料仅限于石英及金属磁性材料，功率密度很传播过程中，超声波与介质间的相互作用可以产生低。当前用于换能器的材料，除少数是铁氧体外，大各种超声效应。由于超声波的波长短且频率高，因多是压电陶瓷。而在传播过程中具有许多优越性E，即1大功率超声波压电换能材料的应用1)方向性好。1)超声波清洗机。超声清洗的原理是超声波2)能量大。在振幅同等的条件下，超声波在媒在液体中传播时声压剧变使液体发生强烈的空化和质传播的过程中，其振动频率越高，它产生的能量也乳化现象，每秒产生数百万计的微小空化气泡，这些越

7、大]。气泡在声压作用下急速地大量产生，并不断地猛烈3)穿透能力强。爆破，产生强大的冲击力和负压吸力，足以使顽固的4)引起空化作用。污垢剥离，将细菌，病毒杀灭，被广泛地应用于工业、大功率超声波压电换能材料主要是指超声加农业、家庭及医学研究等领域口]。工、清洗等换能器及水声技术中的水声接收、发射换2)超声波焊接机。超声波焊接的原理是通过能器用材料。这类换能器可输出声功率从数瓦／平收稿日期：20140730基金项目：国家自然青年基金资助项目(51305184)作者简介：范跃农(1964一)，男，江西临川人，教授，主要从

8、事微电子与固体电子学的研究。第6期范跃农等：大功率超声波压电换能材料的研究超声波产生超声振动，把超声振动的能量传到焊区。表1原料用量表适用于小型塑料件的无缝焊接处理，但焊接采用其他方法无法焊接的部位，具备节约成本，缩短加工时间，提高生产效率的特点。3)超声波探伤仪。通过对超声波受影响程度和状况的探测，了解性能和结构变化的检测仪器。4)超声波美容机。适用于局部肌肉的摩擦或美