压电/单晶铁电复合材料制备治具及制备方法

摘要

本发明涉及一种压电/单晶铁电复合材料制备治具。压电/单晶铁电复合材料制备治具包括夹具底座、升降导杆、微调座及微调移动块；所述夹具底座上开设有用于固定压电/单晶铁电片的固定槽；所述升降导杆垂直设置于所述夹具底座上；所述微调座可滑动地设置于所述升降导杆上，所述微调座下表面上开设有滑轨；所述微调移动块可滑动地设置于所述滑轨上。同时还提供了使用上述治具的压电/单晶铁电复合材料制备方法。在该压电/单晶铁电复合材料制备方法中，通过在两个压电/单晶铁电片上开设切口，并将两个压电/单晶铁电片相配合，以使最终产品阵元间的间距，即切口的宽度小于10微米，满足了制备高频阵列探头的需求。

权利要求

1.一种压电/单晶铁电复合材料制备治具，其特征在于，包括：

夹具底座，所述夹具底座上开设有用于固定压电/单晶铁电片的固定槽；

升降导杆，垂直设置于所述夹具底座上；

微调座，可滑动地设置于所述升降导杆上，所述微调座下表面上开设有滑轨；及用于夹持压电/单晶铁电片的微调移动块，可滑动地设置于所述滑轨上。

2.根据权利要求1所述的压电/单晶铁电复合材料制备治具，其特征在于，还包括第一微调螺杆及第一轴承，所述第一微调螺杆通过所述第一轴承安装于所述夹具底座上，所述微调座上开设有第一调节螺孔，所述第一微调螺杆与所述第一调节螺孔螺合，以形成螺纹副结构，转动所述第一微调螺杆，以使所述微调座相对所述夹具底座升降。

3.根据权利要求1所述的压电/单晶铁电复合材料制备治具，其特征在于，所述微调移动块包括主体及连接块，所述连接块设置于所述主体的一侧边，所述压电/单晶铁电复合材料制备治具还包括第二微调螺杆及第二轴承，所述第二微调螺杆通过所述第二轴承安装于所述微调座上，所述连接块上开设有第二调节螺孔，所述第二微调螺杆与所述第二调节螺孔螺合，以形成螺纹副结构，转动第二微调螺杆，以使所述微调移动块在所述微调座上移动。

4.根据权利要求3所述的压电/单晶铁电复合材料制备治具，其特征在于，所述微调移动块还包括第一夹紧螺栓，所述连接块还开设有第三通孔，所述第一夹紧螺栓与所述第三通孔相螺合，所述微调移动块的主体远离所述连接块的一侧边上设有折边。

5.根据权利要求1所述的压电/单晶铁电复合材料制备治具，其特征在于，所述夹具底座包括底板及分别设置于所述底板两端的第一挡块及第二挡块，所述第一挡块、所述第二挡块及所述底板共同围成所述固定槽。

6.根据权利要求5所述的压电/单晶铁电复合材料制备治具，其特征在于，所述第一挡块及所述第二挡块均为“L”字形结构，所述第一挡块及所述第二挡块上分别开设第一夹紧螺孔及第二夹紧螺孔，所述夹具底座还包括第三夹紧螺栓及第四夹紧螺栓，所述第三夹紧螺栓及所述第四夹紧螺栓分别穿设所述第一夹紧螺孔及所述第二夹紧螺孔。

7.根据权利要求5所述的压电/单晶铁电复合材料制备治具，其特征在于，所述第二挡块可滑动地设置于所述底板上。

8.根据权利要求7所述的压电/单晶铁电复合材料制备治具，其特征在于，夹具底座还包括固定板及第五夹紧螺栓，所述固定板设置于所述底板上，所述固定板上开设有第三夹紧螺孔，所述第五夹紧螺栓穿设所述第三夹紧螺孔，且所述第五夹紧螺栓的一端与所述第二挡块相抵持。

9.一种压电/单晶铁电复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供如权利要求1至权利要求8所述任意一项所述的压电/单晶铁电复合材料制备治具；

将第一压电/单晶铁电片固定于所述夹具底座上；

以所述第一压电/单晶铁电片的一侧为基准，向另一侧偏移(L+P)毫米后，用切刀在第一压电/单晶铁电片上切割(2K+P)毫米的切口，并每隔P毫米切割(2K+P)毫米的切口，其中，L大于等于3mm，K为目标切口宽度，P为目标阵元宽度；

取下所述第一压电/单晶铁电片，并将第二压电/单晶铁电片固定于所述夹具底座上；

以所述第二压电/单晶铁电片的一侧为基准，向另一侧偏移(L-K)毫米后，用切刀在第一压电/单晶铁电片上切割(2K+P)毫米的切口，并每隔P毫米切割(2K+P)毫米的切口，其中，L大于等于3mm，K为目标切口宽度，P为目标阵元宽度；

将所述第一压电/单晶铁电片放置于所述夹具底座，并将所述第二压电/单晶铁电片夹持于所述微调移动块上，调节所述微调移动块，以使所述第一压电/单晶铁电片与所述第二压电/单晶铁电片交叉重叠并使所述第一压电/单晶铁电片与所述第二压电/单晶铁电片间相对固定。

说明书

压电/单晶铁电复合材料制备治具及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超声换能器探头制作技术，特别是涉及一种压电/单晶铁电复合材料制备治具及制备方法。

背景技术

[0002] 近些年来，超声成像使用的频率越来越高，高频(频率>20MHz)超声阵列成像系统，可以提供实时、无创的高分辨力成像，特别是用于眼科学、皮肤学和小动物的成像方面。

[0003] 压电/单晶铁电复合材料比起传统的压电陶瓷/单晶铁电材料来说，和人体组织的声阻抗更接近，机械性更好，做出来的超声换能器的相邻阵元的串声干扰更小。但是，这种高频的压电复合材料阵列换能器理论上要求阵元间的切槽宽度需要满足更小的尺寸(<10um)。

[0004] 而传统的压电/单晶铁电复合材料制作方案，采用精密划片机分割出细小的阵元，不过鉴于划片机刀片厚度的极限，最薄的刀片为10um，用此切割压电/单晶铁电材料后的形成的切口宽度会大于10um，通常会达到15um左右。用此方案制备出的压电复合材料/单晶铁电复合材料只能制备出低于15MHz的超声换能器，不能满足高频阵列探头的制备需要。

发明内容

[0005] 基于此，有必要提供一种能够用于制备高频阵列探头的压电/单晶铁电复合材料的制备方法及一种压电/单晶铁电复合材料制备治具。

[0006] 一种压电/单晶铁电复合材料制备治具，包括：

[0007] 夹具底座，所述夹具底座上开设有用于固定压电/单晶铁电片的固定槽；

[0008] 升降导杆，垂直设置于所述夹具底座上；

[0009] 微调座，可滑动地设置于所述升降导杆上，所述微调座下表面上开设有滑轨；及[0010] 用于夹持压电/单晶铁电片的微调移动块，可滑动地设置于所述滑轨上。

[0011] 在其中一个实施例中，还包括第一微调螺杆及第一轴承，所述第一微调螺杆通过所述第一轴承安装于所述夹具底座上，所述微调座上开设有第一调节螺孔，所述第一微调螺杆与所述第一调节螺孔螺合，以形成螺纹副结构，转动所述第一微调螺杆，以使所述微调座相对所述夹具底座升降。

[0012] 在其中一个实施例中，所述微调移动块包括主体及连接块，所述连接块设置于所述主体的一侧边，所述压电/单晶铁电复合材料制备治具还包括第二微调螺杆及第二轴承，所述第二微调螺杆通过所述第二轴承安装于所述微调座上，所述连接块上开设有第二调节螺孔，所述第二微调螺杆与所述第二调节螺孔螺合，以形成螺纹副结构，转动第二微调螺杆，以使所述微调移动块在所述微调座上移动。

[0013] 在其中一个实施例中，所述微调移动块还包括第一夹紧螺栓，所述连接块还开设有第三通孔，所述第一夹紧螺栓与所述第三通孔相螺合，所述微调移动块的主体远离所述连接块的一侧边上设有折边。

[0014] 在其中一个实施例中，所述夹具底座包括底板及分别设置于所述底板两端的第一挡块及第二挡块，所述第一挡块、所述第二挡块及所述底板共同围成所述固定槽。

[0015] 在其中一个实施例中，所述第一挡块及所述第二挡块均为“L”字形结构，所述第一挡块及所述第二挡块上分别开设第一夹紧螺孔及第二夹紧螺孔，所述夹具底座还包括第三夹紧螺栓及第四夹紧螺栓，所述第三夹紧螺栓及所述第四夹紧螺栓分别穿设所述第一夹紧螺孔及所述第二夹紧螺孔。

[0016] 在其中一个实施例中，所述第二挡块可滑动地设置于所述底板上。

[0017] 在其中一个实施例中，夹具底座还包括固定板及第五夹紧螺栓，所述固定板设置于所述底板上，所述固定板上开设有第三夹紧螺孔，所述第五夹紧螺栓穿设所述第三夹紧螺孔，且所述第五夹紧螺栓的一端与所述第二挡块相抵持。

[0018] 一种压电/单晶铁电复合材料制备方法，包括以下步骤：

[0019] 提供上述压电/单晶铁电复合材料制备治具；

[0020] 将第一压电/单晶铁电片固定于所述夹具底座上；

[0021] 以所述第一压电/单晶铁电片的一侧为基准，向另一侧偏移(L+P)毫米后，用切刀在第一压电/单晶铁电片上切割(2K+P)毫米的切口，并每隔P毫米切割(2K+P)毫米的切口，其中，L大于等于3mm，K为目标切口宽度，P为目标阵元宽度；

[0022] 取下所述第一压电/单晶铁电片，并将第二压电/单晶铁电片固定于所述夹具底座上；

[0023] 以所述第二压电/单晶铁电片的一侧为基准，向另一侧偏移(L-K)毫米后，用切刀在第一压电/单晶铁电片上切割(2K+P)毫米的切口，并每隔P毫米切割(2K+P)毫米的切口，其中，L大于等于3mm，K为目标切口宽度，P为目标阵元宽度；

[0024] 将所述第一压电/单晶铁电片放置于所述夹具底座，并将所述第二压电/单晶铁电片夹持于所述微调移动块上，调节所述微调移动块，以使所述第一压电/单晶铁电片与所述第二压电/单晶铁电片交叉重叠并使所述第一压电/单晶铁电片与所述第二压电/单晶铁电片间相对固定。

[0025] 上述压电/单晶铁电复合材料制备方法中，通过在两个压电/单晶铁电片上开设切口，并将两个压电/单晶铁电片相配合，以使最终产品阵元间的间距，即切口的宽度小于10微米，满足了制备高频阵列探头的需求。

附图说明

[0026] 图1为本发明一实施例中压电/单晶铁电复合材料制备治具的结构示意图；

[0027] 图2为图1所示压电/单晶铁电复合材料制备治具的爆炸图；

[0028] 图3为本发明一实施例中压电/单晶铁电复合材料制备方法的流程图；

[0029] 图4为压电/单晶铁电片的结构示意图；

[0030] 图5为第一压电/单晶铁电片与第二压电/单晶铁电片的装配图；

[0031] 图6为图5中A处的局部放大图。

具体实施方式

[0032] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

[0033] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

[0034] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0035] 请参阅图1，本发明一实施例中的压电/单晶铁电复合材料制备治具100，包括夹具底座110、升降导杆120、微调座130及微调移动块140。

[0036] 夹具底座110上开设有用于固定压电/单晶铁电片(图未示)的固定槽111。具体的，夹具底座110包括底板112及分别设置于底板112两端的第一挡块113及第二挡块114。第一挡块113、第二挡块114及底板112共同围成固定槽111。压电/单晶铁电片可以放置于固定槽111中，并由第一挡块113及第二挡块114分别将压电/单晶铁电片的两侧边夹紧。

[0037] 第一挡块113及第二挡块114均为“L”字形结构，第一挡块113及第二挡块114上分别开设第一夹紧螺孔(图未标)及第二夹紧螺孔(图未标)。夹具底座110还包括第三夹紧螺栓115及第四夹紧螺栓116，第三夹紧螺栓115及第四夹紧螺栓116分别穿设第一夹紧螺孔及第二夹紧螺孔。调节第三夹紧螺栓115及第四夹紧螺栓116，可使第三夹紧螺栓115及第四夹紧螺栓116夹紧放置于固定槽111中的压电/单晶铁电片。

[0038] 具体在本实施例中，第二挡块114可滑动地设置于底板112上，以方便压电/单晶铁电片放入固定槽111中。夹具底座110还包括固定板118及第五夹紧螺栓117，固定板118设置于底板112上，固定板118上开设有第三夹紧螺孔(图未标)，第五夹紧螺栓117穿设第三夹紧螺孔，且第五夹紧螺栓117的一端与第二挡块114相抵持。通过第五夹紧螺栓117的一端与第二挡块114相抵持，可以使第二挡块114夹紧压电/单晶铁电片。转动调节第五夹紧螺栓117，可使第二挡块114在底板112上运动。

[0039] 请一并参阅图2，升降导杆120垂直设置于夹具底座110上。微调座130可滑动地设置于升降导杆120上，以使微调座130在夹具底座110上可升降。微调座130下表面上开设有滑轨132。

[0040] 具体的，压电/单晶铁电复合材料制备治具100还包括第一微调螺杆150a及第一轴承150b，第一微调螺杆150a通过第一轴承150b安装于夹具底座110上。微调座130上开设有第一调节螺孔(图未标)，第一微调螺杆150a与第一调节螺孔螺合，以形成螺纹副结构。转动第一微调螺杆150a，以使微调座130相对夹具底座110升降。

[0041] 微调移动块140可滑动地设置于滑轨132上。具体在本实施例中，微调移动块140包括主体142及连接块144，连接块144设置于主体142的一侧边。压电/单晶铁电复合材料制备治具100还包括第二微调螺杆160a及第二轴承160b，第二微调螺杆160a通过第二轴承160b安装于微调座130上。连接块144上开设有第二调节螺孔(图未标)，第二微调螺杆160a与第二调节螺孔螺合，以形成螺纹副结构。转动第二微调螺杆160a，以使微调移动块140在微调座130上移动。

[0042] 微调移动块140用于夹持压电/单晶铁电片。具体的，微调移动块140还包括第一夹紧螺栓146。连接块144还开设有第三通孔(图未标)。第一夹紧螺栓146与第三通孔相螺合，微调移动块140的主体142远离连接块144的一侧边上设有折边(图未示)。对压电/单晶铁电片进行夹紧时，旋紧第一夹紧螺栓146，以将压电/单晶铁电片夹持于第一夹紧螺栓146与折边之间。

[0043] 请一并参阅图3，本发明一实施例的压电/单晶铁电复合材料制备方法，包括以下步骤：

[0044] 步骤S310，提供上述压电/单晶铁电复合材料制备治具。

[0045] 步骤S320，将第一压电/单晶铁电片固定于夹具底座上。

[0046] 请一并参阅图4，第一压电/单晶铁电片400大致为狭长形结构。将第一压电/单晶铁电片400放置于夹具底座110上，调节第五夹紧螺栓117，以使第一压电/单晶铁电片400的两端分别被第一挡块113及第二挡块114所夹紧。第一压电/单晶铁电片400的一侧与夹具底座110上的基准面对齐。调节第三夹紧螺栓115及第四夹紧螺栓116，以使第三夹紧螺栓115及第四夹紧螺栓116分别固定第一压电/单晶铁电片400的两侧边。此外，夹具底座110还设置有凸边(图未示)，凸边对第一压电/单晶铁电片400宽度方向进行限位，以使第一压电/单晶铁电片400完全被约束。

[0047] 步骤S330，以第一压电/单晶铁电片的一侧为基准，向另一侧偏移(L+P)毫米后，用切刀在第一压电/单晶铁电片上切割(2K+P)毫米的切口，并每隔P毫米切割(2K+P)毫米的切口，其中，L大于等于3mm，K为目标切口宽度，P为目标阵元宽度。

[0048] 请一并参阅图5及图6，以第一压电/单晶铁电片400的一侧为基准，向另一侧偏移(L+P)毫米后，用切刀在第一压电/单晶铁电片400上切割(2K+P)毫米的切口，并每隔P毫米切割(2K+P)毫米的切口，直至切完整个第一压电/单晶铁电片400的上表面。其中，L大于等于3mm。K为目标切口宽度，即最终制得的产品的切口的宽度。P为最终制得的压电/单晶铁电复合材料产品的阵元宽度，即最终制得的压电/单晶铁电复合材料产品的阵元宽度。

[0049] 步骤S340，取下第一压电/单晶铁电片400，并将第二压电/单晶铁电片固定于夹具底座110上。

[0050] 将第一压电/单晶铁电片400从夹具底座110上拆卸下来。将第二压电/单晶铁电片500固定于夹具底座110上，整个固定过程与第一压电/单晶铁电片400相同。

[0051] 步骤S350，以第二压电/单晶铁电片的一侧为基准，向另一侧偏移(L-K)毫米后，用切刀在第一压电/单晶铁电片400上切割(2K+P)毫米的切口，并每隔P毫米切割(2K+P)毫米的切口，其中，L大于等于3mm，K为目标切口宽度，P为目标阵元宽度。

[0052] 以第二压电/单晶铁电片500的一侧为基准，向另一侧偏移(L-K)毫米后，用切刀在第一压电/单晶铁电片400上切割(2K+P)毫米的切口，并每隔P毫米切割(2K+P)毫米的切口，直至切完整个第一压电/单晶铁电片400的上表面。其中，L大于等于3mm，K为目标切口宽度，即最终制得的产品的切口的宽度。P为最终制得的压电/单晶铁电复合材料产品的阵元宽度，即最终制得的压电/单晶铁电复合材料产品的阵元宽度。

[0053] 步骤S360，将第一压电/单晶铁电片放置于夹具底座，并将第二压电/单晶铁电片夹持于微调移动块上，调节微调移动块，以使第一压电/单晶铁电片与第二压电/单晶铁电片交叉重叠并使第一压电/单晶铁电片与第二压电/单晶铁电片间相对固定。

[0054] 再次将第一压电/单晶铁电片400放置于夹具底座110，第一压电/单晶铁电片400的一侧与夹具底座110上的基准面对齐。将第二压电/单晶铁电片500夹持于微调移动块140上，旋紧第一夹紧螺栓146，以将压电/单晶铁电片夹持于第一夹紧螺栓146与折边之间。

[0055] 通过调节第一微调螺杆150a及第二微调螺杆160a，以使第一压电/单晶铁电片400与第二压电/单晶铁电片500交叉重叠。第一压电/单晶铁电片400与第二压电/单晶铁电片500交叉重叠后，最终其阵元间的切口的间距为[(2K+P)-P]/2，即为目标切口宽度K。虽然由于切刀的厚度的问题使得切口宽度达不到10微米以下，但可以通过上述装配的方法，使得第一压电/单晶铁电片400与第二压电/单晶铁电片500装配后形成的压电/单晶铁电复合材料，其最终产品阵元间的间距，即切口K的宽度小于10微米。

[0056] 在完成第一压电/单晶铁电片400与第二压电/单晶铁电片500交叉重叠的操作之后，可通过第一挡块113及第二挡块114夹紧并填充环氧树脂，以使第一压电/单晶铁电片400与第二压电/单晶铁电片500相对固定。

[0057] 上述压电/单晶铁电复合材料制备方法中，通过在两个压电/单晶铁电片上开设切口，并将两个压电/单晶铁电片相配合，以使最终产品阵元间的间距，即切口的宽度小于10微米，满足了制备高频阵列探头的需求。

[0058] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。