宽温域压电超声换能器研究进展

王国良，刘学良,2，于法鹏,2，赵 显

(1.山东大学 晶体材料国家重点实验室，山东 济南 250100；2.山东本源晶体科技有限公司，山东 济南 250000)

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近年来，随着石油化工、核电能源和工业制造等领域的快速发展，对于高温部件的无损检测需求呈现明显的上升趋势。面对各类工矿环境应用需求，人们迫切期望找到先进的无损探伤及检测技术方案，提前预警，避免因高温部件的破坏而带来不必要的经济损失。

宽温域应用的压电超声换能器是目前无损检测较理想的选择。压电超声换能器的研究与电子技术、自动控制技术、计算机技术及新材料等学科发展密切相关。压电超声换能器的结构主要由匹配层、压电层及背衬层组成[1-4]。其中压电材料的选择决定了该换能器的工作特性及对换能器工作温度范围产生的重要影响。换能器基于压电效应这一基本原理，实现电能和声能的相互转换，广泛应用于无损检测领域。自1880年居里兄弟在石英晶体上首次发现压电效应以来，压电材料及其器件的研究和发展极为迅速。1942年，压电性能优异的BaTiO3压电陶瓷问世，其压电系数是石英晶体的60倍[5-6]。此后，研究者们发现Pb(Zr,Ti)O3陶瓷也拥有出色的压电性能[7-8]，随后各种压电单晶、弛豫型压电材料[9-11]、有机物压电材料[12-13]及各种复合压电材料相继出现[14-15]。

近年来，研究人员通过选取性能优异的压电材料，不断优化换能器内部结构设计，研制了各种宽温域响应的高灵敏度压电换能器，这些换能器在外加信号的激励下，利用压电材料的不同振动模态(伸缩振动或剪切振动)在一定距离范围内发射、接收特定模式的超声波(横波、纵波、SH0波、兰姆(Lamb)波等)[16]。……