本發(fā)明屬于二維面超聲波換能器制備領(lǐng)域，尤其涉及一種壓電復(fù)合材料的制作方法。

背景技術(shù)：

近年來，超聲三維成像以及三維空間聲刺激、聲操控、聲治療的需求日益增大，對二維面陣超聲換能器的性能要求也越來越高。二維面陣超聲換能器的核心部件是面陣探頭，面陣探頭的好壞直接關(guān)系到整個二維面陣超聲換能器的質(zhì)量水平。

一個面陣探頭通常由一個至上千個單獨的壓電陣元(或稱為壓電單元)組成。各個壓電陣元之間的一致性是影響面陣探頭質(zhì)量的重要因素。面陣探頭在制作過程中，需要將壓電陶瓷分割為微晶元(單個壓電單元)。為了使得微晶元的振動模式一致，提高面陣列探頭的機電耦合系數(shù)，壓電陶瓷一般會選擇進行完全分割。并在分割后的割縫中填充去耦合材料。

但是，在固化成型所述去耦合材料的過程中，可能會導(dǎo)致壓電陶瓷材料彎曲變形，使得微晶元之間形成錯位；或者，在固化成型過程中采用夾具進行壓制，防止在固化過程中變化，但在其后中對多余的去耦合材料的研磨工序中，由于夾具取下后，由于多次的研磨，受到內(nèi)應(yīng)力的影響也會使壓電陶瓷材料發(fā)生變形，會導(dǎo)致研磨后的微晶元不能形成一個規(guī)則的立方體，嚴重影響面陣探頭的一致性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種壓電復(fù)合材料的制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的壓電復(fù)合材料制作過程中，容易使得壓電復(fù)合材料發(fā)生變形或者微晶元之間錯位，嚴重影響面陣列探頭的一致性的問題。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種壓電復(fù)合材料的制作方法，所述方法包括：

將壓電材料與平板黏合；

對黏合在所述平板上的壓電材料進行切割，所述壓電材料的割縫的深度小于所述壓電材料的厚度；

在所述壓電材料的割縫中填充去耦合材料；

以所述平板為基準，對填充了去耦合材料所固化的壓電材料的上表面研磨，然后取下壓電材料，對壓電材料的下表面研磨；

在研磨后的壓電材料表面設(shè)置電極，得到壓電復(fù)合材料。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能實現(xiàn)方式中，在研磨后的壓電材料表面設(shè)置電極，得到壓電復(fù)合材料的步驟之后，所述方法還包括：

將所述壓電復(fù)合材料與所述平板黏合；

在所述壓電復(fù)合材料表面灌注匹配層材料；

在匹配層材料固化后，以平板為基準研磨覆蓋在所述壓電復(fù)合材料表面的匹配層材料。

結(jié)合第一方面的第一種可能實現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能實現(xiàn)方式中，在匹配層材料固化后，以平板為基準研磨所述復(fù)合材料表面的匹配層的步驟后，所述方法還包括：

從平板上取下所述壓電復(fù)合材料，對所述壓電復(fù)合材料的下表面進行陣列元劃分，得到預(yù)定尺寸的壓電復(fù)合材料。

結(jié)合第一方面的第一種可能實現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能實現(xiàn)方式中，所述在所述復(fù)合材料表面灌注匹配層材料步驟具體為：

在所述復(fù)合材料的四周設(shè)置與平板緊密貼合的擋板，所述擋板與所述復(fù)合壓電材料之間留有間隙；

在所述擋板內(nèi)灌注匹配層材料，在所述復(fù)合材料層的上表面和四周覆蓋所述匹配層材料。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第四種可能實現(xiàn)方式中，所述將壓電材料與平板黏合的步驟具體為：

在所述平板的表面設(shè)置石蠟，加熱所述石蠟，使所述石蠟融化在所述平板表面；

在融化了所述石蠟的平板表面黏合所述壓電材料。

結(jié)合第一方面、第一方面的第一種可能實現(xiàn)方式、第一方面的第二種可能實現(xiàn)方式、第一方面的第三種可能實現(xiàn)或第一方面的第四種可能實現(xiàn)，在第一方面的第五種可能實現(xiàn)方式中，所述平板為玻璃平板。

結(jié)合第一方面、第一方面的第一種可能實現(xiàn)方式、第一方面的第二種可能實現(xiàn)方式、第一方面的第三種可能實現(xiàn)或第一方面的第四種可能實現(xiàn)，在第一方面的第六種可能實現(xiàn)方式中，所述去耦合材料為環(huán)氧樹脂。

結(jié)合第一方面的第四種可能實現(xiàn)，在第一方面的第七種可能實現(xiàn)方式中，所述取下壓電材料步驟具體為：

通過三氯乙烯對平板上的石蠟進行清洗后，取下所述壓電材料。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第八種可能實現(xiàn)方式中，所述壓電材料為壓電陶瓷、壓電單晶或壓電聚合物。

結(jié)合第一方面、第一方面的第一種可能實現(xiàn)方式、第一方面的第二種可能實現(xiàn)方式、第一方面的第三種可能實現(xiàn)或第一方面的第四種可能實現(xiàn)方式，在第一方面的第九種可能實現(xiàn)方式中，所述平板的平面度小于或等于5微米。

本發(fā)明將壓電材料黏合在平板上，在平板上對所述壓電材料進行切割，并且不會對壓電材料完全分割，可以防止微晶元由于沒有支撐而錯位。在切割后的壓電材料的割縫中填充去耦合材料，以平板為基準，對固化了去耦合材料的壓電材料的上表面進行研磨加工，可以防止壓電材料在加工過程中發(fā)生彎曲，有效的保證了微晶元的正確排序和形狀的規(guī)則性，為面陣探頭的一致性提供可靠的保障。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的壓電復(fù)合材料的制作方法的實現(xiàn)流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的壓電復(fù)合材料制作示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的壓電復(fù)合材料表面形成匹配層的實現(xiàn)流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的壓電復(fù)合材料的表面形成匹配層的制作示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種壓電復(fù)合材料的制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中制作壓電復(fù)合材料，固化成型所述去耦合材料的過程中，可能會導(dǎo)致壓電陶瓷材料彎曲變形，使得微晶元之間形成錯位；或者，在固化成型過程中采用夾具進行壓制，防止在固化過程中變化，但在其后中對多余的去耦合材料的研磨工序中，由于夾具取下后，由于多次的研磨，受到內(nèi)應(yīng)力的影響也會使壓電陶瓷材料發(fā)生變形，會導(dǎo)致研磨后的微晶元不能形成一個規(guī)則的立方體，嚴重影響面陣探頭的一致性的問題。

另外，本發(fā)明還進一步解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于匹配層的問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，匹配層是通過黏貼的方式與壓電復(fù)合材料進行貼合。當陣元構(gòu)成的壓電復(fù)合材料較小，或者是線陣時，壓電復(fù)合材料和匹配層分別制作，在壓電復(fù)合材料表面涂覆膠水，再將所述壓電復(fù)合材料與匹配層進行黏貼，多余的膠水可以擠壓到壓電復(fù)合材料和匹配層之外，使得壓電復(fù)合材料和匹配層之間能夠緊密結(jié)合。但是，在壓電復(fù)合材料和匹配層之間仍然會有膠水層，雖然可以把膠水層壓制的很薄，但依然會對超聲換能器的性能造成影響。大規(guī)模的面陣探頭，由于其壓電復(fù)合材料面積過大，壓電復(fù)合材料和匹配層之間多余的膠水很難被擠出，多余的膠水會嚴重影響面陣探頭的性能，同時，還可能在壓電復(fù)合材料和匹配層之間形成氣泡，對面陣探頭的一致性的影響更加嚴重。

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1所示為本發(fā)明實施例提供的壓電復(fù)合材料的制作方法的實現(xiàn)流程，詳述如下：

在步驟S101中，將壓電材料與平板黏合。

所述壓電材料，可以為壓電陶瓷材料、壓電單晶材料或壓電聚合物材料。所述壓電材料的晶體對稱性較低，當受到外力作用發(fā)生形變時，晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現(xiàn)異號電荷。反之，壓電材料在電場中發(fā)生極化時，會因電荷中心的位移導(dǎo)致材料變形。因此，可以根據(jù)壓電材料制作換能器或傳感器等，比如高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產(chǎn)生高頻聲信號(機械震動)，即超聲波信號。

所述平板，優(yōu)選的實施方式選用平板的平面度小于或等于5微米。也就是說，在平板的最凸起的位置與最凹陷的位置的高度差不能大于5微米。所述平板可以選用玻璃材料的平板，或者還可以選用其它平整性佳的材料。

所述將壓電材料與平板黏合的步驟具體為：

在所述平板的表面設(shè)置石蠟，加熱所述石蠟，使所述石蠟融化在所述平板表面。

在融化了所述石蠟的平板表面黏合所述壓電材料。

所述石蠟可以研磨為粉末或者較小顆粒的狀態(tài)設(shè)置在平板上，將所述石蠟加熱后，融化后的石蠟可以較為均勻的在平板的表面，從而可以得到更好的黏合效果。

所述石蠟的加熱方式，可以通過火焰加熱或者將平板放置在一定溫度的氛圍中，使得石蠟?zāi)軌蚓鶆虻姆植荚谛枰ず蠅弘姴牧系膮^(qū)域，如圖2中的A圖所示為壓電材料與平板黏合后的效果示意圖。所述平板可以選用耐熱性好的玻璃材料。

在步驟S102中，對黏合在所述平板上的壓電材料進行切割，所述壓電材料的割縫的深度小于所述壓電材料的厚度。

以平板底面為基準，對壓電材料進行微晶元切割。所切割得到的微晶元即單個的壓電單元。一般情況下，所述壓電材料不會被完全分割，防止微晶元在完全分割后沒有支撐而容易發(fā)生錯位。如圖2中的B圖所示為對壓電材料進行切割后的示意圖，所述壓電材料的下表面沒有完全切割開，因而各個微晶元(壓電單元)之間可以可靠的連接和固定，避免微晶元發(fā)生錯位。

所述壓電材料的割縫的深度，可以略小于所述壓電材料的厚度。比如，所述壓電材料的割縫的深度，可以比所述壓電材料的厚度小2-10微米等。

在步驟S103中，在所述壓電材料的割縫中填充去耦合材料。

具體的，向壓電材料的割縫中填充去耦合材料時，所述去耦合材料可以漫過所述壓電材料，并在步驟S104中通過研磨的方式，可以去掉多余的去耦合材料，如圖2中的C圖所示為去掉了多余的去耦合材料后的壓電材料的示意圖。固化后的去耦合材料，可以對微晶元起支撐作用，并能夠得到一個個單獨的微晶元。通過所述去耦合材料，可以有效的克服微晶元之間的牽動耦合和電耦合，減少串聲干擾?？蛇x的，所述去耦合材料可以是環(huán)氧樹脂。

在步驟S104中，以所述平板為基準，對填充了去耦合材料所固化的壓電材料的上表面研磨，然后取下壓電材料，對壓電材料的下表面研磨。

以所述平板為基準，研磨所述壓電材料的雙面具體可以為：

對于壓電材料的上表面：可以所述平板的底面為基準，研磨填充了去耦合材料后的壓電材料，直到壓電材料的上表面可見。由于通過平板為基準進行研磨，從而可以有效的減少單個壓電單元出現(xiàn)變形的可能性，提高面陣列探頭的一致性。

對于壓電材料的下表面：可以將壓電材料從所述平板上取下，可以將壓電材料反過來固定在所述平板上，研磨所述壓電材料的下表面。所述壓電材料的下表面所研磨的厚度可以根據(jù)割縫的深度相應(yīng)調(diào)整。在取下所述壓電材料時，若步驟S101中采用石蠟進行黏合，則可以采用三氯乙烯對石蠟進行清洗，然后取下黏合的壓電材料，如圖2中的D圖所示的研磨后的壓電復(fù)合材料的示意圖。

在步驟S105中，在研磨后的壓電材料表面設(shè)置電極，得到壓電復(fù)合材料。

在得到研磨后的壓電復(fù)合材料后，對壓電陶瓷材料的微晶元的雙面設(shè)置電極，即可得到一致性較好的壓電復(fù)合材料。

通過將壓電材料黏合在平板上，在平板上對所述壓電材料進行切割，并且不會對壓電材料完全分割，可以防止微晶元由于沒有支撐而錯位。在切割后的壓電材料的割縫中填充去耦合材料，以平板為基準，對固化了去耦合材料的壓電材料的上表面進行研磨加工，可以防止壓電材料在加工過程中發(fā)生彎曲，有效的保證了微晶元的正確排序和形狀的規(guī)則性，為面陣探頭的一致性提供可靠的保障。

為了進一步提高面陣探頭的質(zhì)量，所述方法還可以包括對壓電復(fù)合材料表面設(shè)置匹配層的步驟，通過對匹配層設(shè)置方式的改進，可以使得匹配層與壓電復(fù)合材料之間不易脫落，不易起泡，并且匹配層與壓電復(fù)合材料之間無膠水層，可以有效的提高超聲換能器的性能，下面進行具體說明：

如圖3所示的壓電復(fù)合材料表面形成匹配層的實現(xiàn)流程圖，包括：

在步驟S301中，將所述壓電復(fù)合材料與所述平板黏合。

與步驟S101中的壓電材料與平板黏合的方式基本相同，如圖4中的E圖所示，所述壓電復(fù)合材料與所述平板的黏合過程同樣可以采用石蠟加熱的方式，將石蠟融化在所述平板上，然后將所述壓電復(fù)合材料設(shè)置在所述石蠟融化的區(qū)域。并且，所述石蠟可以為粉末狀或者粒狀，可以更為均勻的分布在黏合的區(qū)域，以達到更優(yōu)的黏合效果。

所述壓電復(fù)合材料，可以由圖1中的方法得到，也可以為通過其它方法得到的壓電復(fù)合材料。

在步驟S302中，在所述壓電復(fù)合材料表面灌注匹配層材料。

在所述壓電復(fù)合材料表面灌注匹配層材料，具體可以將匹配層材料加熱融化，然后澆灌到所述壓電復(fù)合材料的表面以及壓電復(fù)合材料的四周。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，如圖4中的F圖所示，在所述復(fù)合材料表面灌注匹配層材料步驟具體為：

在所述復(fù)合材料的四周設(shè)置與平板緊密貼合的擋板，所述擋板與所述復(fù)合壓電材料之間留有間隙；

在所述擋板內(nèi)灌注匹配層材料，在所述復(fù)合材料層的上表面和四周覆蓋所述匹配層材料。

所述擋板與平板緊密貼合，可以避免匹配層材料從擋板或者其它位置溢出，從而達到節(jié)省匹配層材料的目的。

所述擋板與平板之間留有間隙，當所述匹配層材料灌注在所述擋板內(nèi)時，通過所述間隙可以在所述壓電復(fù)合材料的側(cè)面形成匹配層保護，從而可以由匹配層包裹壓電復(fù)合材料的四周，匹配層和壓電復(fù)合材料之間的結(jié)合更為穩(wěn)定可靠。通過灌注的方式，使得壓電復(fù)合材料與所述匹配層之間不容易起泡，并且不需要設(shè)置膠水層，有利于提高超聲換能器的性能。

在步驟S303中，在匹配層材料固化后，以平板為基準研磨覆蓋在所述壓電復(fù)合材料表面的匹配層材料。

在所述匹配層材料固化后，可以將生成的匹配層的壓電復(fù)合材料表面上多余的匹配層材料去除，得到帶匹配層的壓電復(fù)合材料如圖4中的G圖所示。去除匹配層材料的方式可以通過切割的方式，或者研磨的方式。通過匹配層包裹的方式，有利于進一步提高研磨加工的可靠性。

另外，本發(fā)明實施例還可以進一步包括：

在步驟S304中，從平板上取下所述壓電復(fù)合材料，對所述壓電復(fù)合材料的下表面進行陣列元劃分，得到預(yù)定尺寸的壓電復(fù)合材料。從而能夠適應(yīng)不同的面陣換能器的需求。

因此，本發(fā)明通過圖1所示的壓電復(fù)合材料制作方法，可以得到一致性較好的壓電復(fù)合材料，可以用于大規(guī)模陣元的二維面換能器。而通過圖2所示的壓電復(fù)合材料形成匹配層方法，通過將匹配層材料直接灌注成型，匹配層和壓電復(fù)合材料之間無膠水層，有利于提高超聲換能器的性能。并且，該方法可以將匹配層包裹在壓電復(fù)合材料的四周，有利于提高復(fù)合壓電材料的可靠性，使用時，匹配層和壓電復(fù)合材料之間不易脫落。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。