Технологическое обеспечение качества пьезоэлектрических преобразователей на основе применения разрабатываемых функционально-композиционных материалов

• Автор: Дронов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 210 с. : ил.

4 ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1.1. Конструктивно-технологические особенности пьезокерамических преобразователей

1.2. Особенности технологии изготовления пьезоэлектрических преобразователей

1.3. Анализ процессов поглощения и рассеивания ультразвуковых колебаний в элементах конструкции ПЭП
1.4. Измерение параметров ультразвука в конструктивных эле-*' ментах ПЭП и в объектах ультразвукового воздействия
1.5. Конструкторско-технологические принципы разработки и изготовления демпферов ПЭП

1.6. Выводы по первой главе

1.7. Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

2.1. Разработка математической модели ПЭП с учетом их конструкторско-технологических характеристик
2.2. Разработка программного обеспечения для моделирования работы ПЭП с варьируемыми конструкторско-технологическими параметрами
2.3. Анализ конструктивно-технологических и рецептурных ха-ракгеристик элементов ПЭП изготавливаемых из

С1р.
фунционально-композиционных материалов
2.4. Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Разработка функционально-композиционных материалов с 84 задаваемыми свойствами на основании экспериментальных исследований
3.2. Создание матричного ультразвукового терапевтического 109 излучателя на основе разработки технологии его сборки
3.3. Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И СБОРКИ ПЭП С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. Конструкции матричных ультразвуковых терапевтических 122 излучателей (МУТИ)
4.2. Технологические процессы изготовления матричных ульт- 130 развуковых терапевтических излучателей (МУТИ)
4.3. Новая конструкция пьезоэлектрического преобразователя 149 диагностического зонда
4.4. Технологический процесс сборки пьезоэлектрического пре- 154 образователя
4.5. Контроль эксплуатационных параметров изготовленного 161 пьезоэлектрического преобразователя
4.6. Выводы по четвертой главе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

В современном приборостроении широкое распространение получили изделия на основе пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП). В настоящее время объемы выпуска таких изделий стабильно возрастают. Одновременно улучшаются эксплуатационные характеристики изделий на основе ПЭП: Снижается мертвая зона (М3), уменьшаются шумы, возрастает разрешающая способность (РС), увеличивается мощность излучения ПЭП непрерывного действия при снижении мощности излучения ПЭП, работающих в импульсном режиме.
Основными областями применения изделий на основе ПЭП являются ультразвуковая очистка (ПЭП непрерывного излучения), ультразвуковая дефектоскопия как разновидность неразрушающего контроля (импульсные ПЭП), а также диагностика (импульсные ПЭП) и терапия (ПЭП непрерывного излучения) в современной медицине. Если в области ультразвуковой дефектоскопии металлов имеется существенный научный задел, то разработке конструкций и технологии изготовления ПЭП для неразрушающего контроля (НК) композиционных материалов, ультразвуковой очистки сложнопрофильных полостей, а также ПЭП для медицинской техники уделяется значительно меньше внимания.
В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются зонды для одномерной ультразвуковой диагностики, а также ультразвуковые излучатели непрерывного воздействия.
Конструкции и технологические процессы производства этих изделий требуют существенных изменений. В частности, в рамках выполненной работы конструкции ультразвуковых зондов импульсного излучения (НК композиционных материалов, медицинская диагностика) изменены на основе применения новых материалов с обеспечением повышения эксплуатационных характеристик зондов.
Существующие конструкции ультразвуковых излучателей непрерывно-

такой конструкции, от нее отказались. Общепризнанно, что технологичным является порошковое состояние наполнителя, вводимого в состав композиционного материала демпфера.
Достоинством работы [93] является то, что в ней предложено задавать характеристический механический импеданс 2 звукопоглощающей среды в комплексной форме как
2 = 47^7+^], О-«)
1 + г 1 + г
где: А - площадь поверхности контакта демпфера с пьезокерамической пластиной;
р, V - плотность среды и скорость звука в ней;

г = коэффициент потерь, Нп, причем р - коэффициент затухания ульт2ц[
развука, Нп/м.
Необходимо отметить, что в работе [93] приводятся и конкретные численные значения величины коэффициента затухания ультразвука в материале демпфера (1,2 дБ/мм при частоте 2 МГц). Эта величина мала, и оправданы исследования, направленные на разработку композиционных материалов с намного большим значением коэффициента затухания ультразвука, которые могли бы акустически согласовываться с материалом пьезокерамической пластины. В качестве другого недостатка следует выделить тот факт, что применяемые для теоретического анализа эквивалентные электрические схемы не содержат в себе параметров, которые позволили бы включить в рассмотрение затухание ультразвука в элементах акустического тракта.
Еще один аспект работы [93] заключается в том, что здесь приведена технология изготовления демпфера способом центрифугирования. Справедливо указано на то, что эта технология позволяет, в принципе, обеспечить акустическое согласование между собой пьезокерамической пластины и слоя демпфера, непосредственно прилегающего к ней. Однако наш опыт показал, что центрифугирование не в состоянии обеспечить плавности изменения