一種高衰減背襯材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲換能器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高衰減背襯材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲換能器主要由三部分組成：壓電振子3、振子前面的匹配層1、振子后面的背 襯層2,如圖1所示。從圖中可以看出背襯層是超聲換能器（特別是醫(yī)用超聲換能器）的 重要組成部分，我們對(duì)于背襯層的理想需求是其擁有無限大的聲衰減（聲波在介質(zhì)中傳播 時(shí)，其強(qiáng)度隨傳播距離的增加而逐漸減弱的現(xiàn)象）系數(shù)，這樣就能夠?qū)弘娬褡右蛘駝?dòng)而 產(chǎn)生的向后傳播的超聲波全部在里面吸收掉，而不會(huì)反射回來影響成像，同時(shí)還能起到阻 尼材料的作用即：在壓電振子突然停止受到電激勵(lì)時(shí)，能夠很快的使壓電振子停止振動(dòng)。因 為在壓電振子突然停止被電激勵(lì)時(shí)，振子由于慣性振動(dòng)還不會(huì)立刻隨著電激勵(lì)的撤銷而停 止振動(dòng)，這樣就會(huì)影響超聲探頭的頻帶寬度從而也就降低了探頭的軸向分辨率。
[0003]目前現(xiàn)有背襯層的制作方法一般都是采用液態(tài)環(huán)氧樹脂與固體粉末混合利用澆 鑄的方式制作，或者采用某些金屬/合金來制作背襯層。但是兩種制作方法在某些方面都 存在一些不足即：澆鑄制作的背襯層雖然很容易同壓電陣子粘結(jié)在一起，但是背襯層的聲 衰減系數(shù)與鎢含量相關(guān)，澆鑄法受鎢粉在溶劑中溶解度的影響導(dǎo)致成型后鎢粉的體積比受 到限制，從而使聲衰減系數(shù)遠(yuǎn)不能達(dá)到我們的需求；而某些高衰減金屬背襯又存在著切割、 粘結(jié)困難的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種高衰減的背襯制備方法，包括以下步驟：
[0005] 100.材料的選?。哼x擇微米量級(jí)的占背襯總體積10%?60%鎢粉和占背襯總體 積40%?90%聚酯粉；
[0006] 101.材料的混合：將前述選擇的粉末放入混合機(jī)械中混合均勻；
[0007] 102.材料的除氣：將混合均勻的粉末置于容器（4)中，去除其中的空氣；
[0008] 103.材料的熱壓成型：熱壓件（5)與容器（4)連接，熱壓件（5)加熱至在70°C? 150°C下，所述容器（4)內(nèi)部加壓至5MPa?15MPa、熱壓5min?20min。
[0009] 具體的優(yōu)選詳細(xì)步驟包括：
[0010] 100.材料的選取，選擇微米量級(jí)的占背襯總體積10 %?60 %鎢粉和占背襯總體 積40 %?90 %聚酯粉；
[0011] 鎢粉的比例優(yōu)選為占背襯總體積20% - 45%，如果比例小于20%，聲衰減系數(shù)比 較低，如果比例小于45%，熱壓成型成功的幾率比較小。
[0012] 所述微米量級(jí)是指2微米一7微米，優(yōu)選5微米。
[0013] 所述聚酯優(yōu)選為聚氨酯粉末、軟聚氯乙烯、聚酰胺中一種或其任意比例的混合物。
[0014] 所述聚酯材料的玻璃化溫度大于65°C，優(yōu)選70?150°C。
[0015] -方面：我們用于制作高衰減的背襯材料的鎢粉粉末、聚酯粉末（如聚氨酯粉末、 軟聚氯乙烯、聚酰胺或其混合物）均為微米量級(jí)，這樣能夠使鎢粉同其聚酯粉末充分接觸， 使其混合均勻（納米量級(jí)的粉末會(huì)因?yàn)樵娱g存在著很強(qiáng)的相互作用力而不易混合均勻； 而毫米量級(jí)的粉末會(huì)因?yàn)榱教蠖鵁o法混合均勻）。
[0016] 另一方面：所選擇聚酯粉末一定要選取為線性、熱塑性聚酯粉末（如果選取的粉 末為非線性，粉末就不會(huì)隨著溫度的升高而變軟也就達(dá)不到我們想要的結(jié)果）。本發(fā)明直接 將鎢粉粉末與熱塑性聚酯粉末進(jìn)行混合，操作起來簡(jiǎn)單方便，既不會(huì)在樣品制作過程中產(chǎn) 生某種有毒/易爆氣體也不存在后期一些剩余化學(xué)試劑的處理問題。
[0017] 由于我們的背襯層可用來制作B超探頭，因此粉的玻璃化溫度應(yīng)選擇在B超探頭 的允許范圍之外：大于65°C。以聚氨酯為例，我們選取玻璃化溫度為70?150°C的線性聚 氨酯粉末，70?150°C既能夠符合后期探頭的使用溫度又不會(huì)使熱壓機(jī)很難達(dá)到此溫度。
[0018] 101.材料的混合
[0019] 將前述選擇的粉末分別放入混合機(jī)械為球磨罐中，將球磨罐放在球磨機(jī)上研磨一 段時(shí)間至其混合均勻。
[0020] 此外，為了避免粉末顆粒之間粘接導(dǎo)致形成的顆粒聚合物粒徑太大不能滿足制備 的需要，材料混合后還可以進(jìn)行篩選?？梢愿鶕?jù)不同的需求篩選出不同粒徑的混合顆粒。優(yōu) 選地是，將已經(jīng)混合均勻的顆粒放在烘箱中（20?50°C)烘干1. 5h后，通過500目篩進(jìn)行 篩選，篩除多個(gè)顆粒粘接形成的顆粒。
[0021] 102?材料的除氣
[0022] 所述熱壓件5與所述容器（4)的內(nèi)壁形狀相匹配，將上述過篩篩選的混合粉末均 勻的放入容器4中。（本發(fā)明一種優(yōu)選模具如圖3所示，一種內(nèi)壁為〇 =25_柱狀的容器 4,且容器4的形狀根據(jù)背襯所需的形狀而定，不限于圖中給出的形狀）將其放入真空除氣 機(jī)中去除其中的空氣。混合顆粒經(jīng)球磨機(jī)球磨后其中會(huì)存在很多的空氣，需要使用抽真空 儀器將空氣抽出，使材料壓實(shí)同時(shí)也會(huì)提高超聲波在其中傳播的速度相應(yīng)就會(huì)提高材料的 聲阻抗。
[0023] 103.材料的熱壓成型
[0024] 在除氣之后，將熱壓件5放入容器4中，將模具放到熱壓機(jī)上面熱壓成型（模具已 經(jīng)提前均勻的涂抹了脫模劑，這樣既能使樣品在制備結(jié)束后很容易的脫模又能夠保證樣品 表面的光滑度）。本發(fā)明一種優(yōu)選方案如圖4所示，熱壓機(jī)的壓力顯示器6加壓至5MPa? 15MPa、溫度顯示器7設(shè)置為70°C?150°C，熱壓5min?20min停止加熱但保持壓力。
[0025] 升溫過程中，當(dāng)溫度升至熱塑性聚酯粉末的玻璃化溫度之上時(shí)熱塑性聚酯粉末會(huì) 軟化，這時(shí)軟化后的熱塑性聚酯粉末會(huì)將鎢粉顆粒包裹；降溫過程中，當(dāng)溫度降至玻璃化溫 度之下時(shí)，軟化的聚氨酯會(huì)慢慢變硬。這個(gè)過程就把本來分散的鎢粉顆粒很好的粘接在一 起。
[0026] 本發(fā)明一種優(yōu)選方案為待溫度降低至室溫后再撤去壓在模具上面的壓力，這時(shí)由 于熱塑性聚酯粉末是彈性材料會(huì)膨脹，會(huì)進(jìn)一步提高材料的聲衰減系數(shù)。
[0027]由于本發(fā)明熱壓法中鎢粉與聚酯粉末進(jìn)行混合，成型后鎢粉體積比受限程度小， 故而能達(dá)到比較高的體積百分比，由于聲衰減系數(shù)隨著鎢粉含量增加而升高，從而能獲得 比較高的聲衰減系數(shù)。
[0028] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種高衰減的背襯材料，所述背襯材料通過前述的制 備方法制得。
[0029] 所述背襯材料通過熱壓直接粘結(jié)在壓電晶片上。
[0030] 前述熱壓成型的背襯材料，可以直接或者將其粘結(jié)在壓電晶片上。所述背襯材料 遠(yuǎn)離所述熱壓件的一面，上述背襯材料制作成任意形狀，優(yōu)選為鋸齒形、圓錐形、V形等。
[0031] 本發(fā)明中所述高衰減是指聲衰減系數(shù)在30dB/cm/MHz- 50dB/cm/MHz。
[0032] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果包括：
[0033] 本發(fā)明通過將"鎢粉-聚酯"粉末經(jīng)過熱壓成型使得背襯層，一方面可以直接將其 粘結(jié)在壓電晶片上，解決了一些背襯材料切割、粘結(jié)困難的問題；另一方面此方法還可以將 背襯層制作成任意形狀（鋸齒形、圓錐形、V形等），這樣就會(huì)從背襯形狀方面更進(jìn)一步的提 升背襯材料的聲衰減系數(shù)。
[0034]同時(shí)此方法制作的背襯層還具有較高的熱傳導(dǎo)系數(shù)，能夠把超聲探頭在使用過程 中所產(chǎn)生的熱量很快的傳導(dǎo)出去，這樣就能夠相應(yīng)的提高超聲探頭的使用壽命。
【附圖說明】
[0035] 圖1為超聲換能器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，振子前面的匹配層1、振子后面的背襯層 2、壓電振子3;
[0036] 圖2為本發(fā)明的高衰減背襯層的制備方法流程圖；
[0037]圖3為本發(fā)明的高衰減背襯層所采用的模具示意圖，圖中，容器4,熱壓件5。
[0038] 圖4為本發(fā)明的高衰減背襯層所采用的熱壓機(jī)儀器示意圖，圖中，壓力顯示器6， 溫度顯示器7。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0040] 總實(shí)施例：
[0041] 一種高衰減的背襯制備方法，包括以下步驟，請(qǐng)參照?qǐng)D2- 4所示：
[0042] 100.材料的選?。哼x擇微米量級(jí)的占背襯總體積10%?60%鎢粉和占背襯總體 積40%?90%聚酯粉；所述微米量級(jí)是指2微米一7微米。所述聚酯優(yōu)選為聚氨酯粉末、 軟聚氯乙烯、聚酰胺中一種或其任意比例的混合物。所述聚酯材料的玻璃化溫度大于65°C， 優(yōu)選70?150°C。
[0043] 101.材料的混合：將前述選擇的粉末放入混合機(jī)械中混合均勻；
[0044] 此外，為了避免粉末顆粒之