超声波换能器为什么要用到压电陶瓷？

判别压电陶瓷资料是否适用于超声波外表波器材，大体上能够从以下几个方面来考虑：

(1) 介电常数￡要适中。

一般要求介电常数为10～1000。介电常数太大将引起叉指电极间直接耦合，太小则阻抗太大，与电路和器材的联接不易匹配。一元系的压电陶瓷中，除了BaTiO3的介电常数为1700外，PbTiO3系和PbNb2O6的都较小，约200，能够很好地作为较高频的超声波外表波器材用压电资料。其他二元系和多元系的压电陶瓷资料介电常数都为200～1000，这正好符合介电常数适中的要求。

(2)通过工艺加工能有一个合适制作叉指电极的杰出外表。

一般单晶资料非常致密，通过切开抛光等后续处理后，外表是非常理想的。而压电陶瓷一般是由不同组分的粉末资料．通过一系列处理，后用高温烧结而成，所以其晶粒尺度和气孔大小是超声波外表波器材用压电陶瓷资料的首要目标。它不仅决议了资料的平滑度，并且还决议了制作器材的上限作业频率。如上所述，超声波外表波器材的作业频率取决于叉指换能器的叉指条宽度，这就要求超声波用具外表的L尺度至少小于叉指换能器的叉指宽度。例如，在超声波外表波声速为2400m／s的压电陶瓷资料外表制作一个中心频率为60 MHz的超声波外表波带通滤波器。其超声波外表波波长A一秒／厂，所以A=40μm。叉指条宽为λ／4，即10μm。为了减少声波反射，采取了分裂指换能器，即每根指为λ／8，每个指条宽仅为51um。为了避免资料气孔和晶粒对金属叉指条的影响，要求气孔和晶粒尺度至少小于3μm。因而要获得合适制作叉指电极的杰出的外表，要求压电陶瓷资料的晶粒和气孔都尽可能小。

(3) 超声波外表波传输衰减要小。

超声波外表波传输时的衰减与压电陶瓷资料自身的物理性质和外表状况有关。如果气孔和晶粒太大，会引起散射损耗，一起晶粒间振荡时的冲突损耗也会引起衰减，因而除工艺加工外，还要依托选择资料来确定。

(4) 要有尽可能高的机电耦合系数，以提高机电换能功率。

机电耦合系数反映了压电资料机械能与电陇之间彼此转化的功率，它是一项非常重要的目标。它不仅与资料的弹性性质、介电性质和压电性质等有亲近的联系，并且还与不同振荡模式有亲近的联系。为了提高转化功率，一般机电耦合系数越大越好，这在信号处理时，也可减小能量损耗。一般压电陶瓷资料的机电耦合系数都比较大，因而这一点对压电陶瓷来说是简单办到的。

(5) 温度特性要好。

为了确保器材的稳定性，资料温度特性要好，频率老化率要小，特别是声外表波延迟的温度系数要尽可能小。这是由于一旦叉指决议后’其作业频率也定下了，而作业频率和叉指宽度的首要设计依据是超声波外表波延迟时刻（即声速）。所以，时刻延迟一变化，作业频率就要变化了，这将导致器材不能正常作业。一般要求TCD小于25×10*-6／℃。

(6) 不简单老化。

一般要求为0.5%／年以下，严格要求为0.1%／年以下。

(7) 一致性和重复性要好。

在器材进行批量生产时，同资料或同一批资料局部区域之间功能差异要小，这才能使器材正常作业。这对压电单晶来说影响不大，由于压电单晶资料的一致性和重复性都比较好，而对压电陶瓷资料影响就较大。影响资料分散性的首要因素为原资料分散性、配料称量误差、烧结温度和时刻控制。当声速等关键特性的误差达1%时，对器材的大量生产来说已无法接受，因而更要严格要求在0.1%以下。所谓重复性一般指不同批之间的特性误差程度，一致性一般指同批内或同批烧结物间特性误差程度。两者很难截然分隔，如果一致性不好，就不会有好的重复性。这个问题对压电陶瓷来说是个杰出缺点。当运用压电陶瓷资料作为超声波振子或换能器元件时，往往需选用调频或分选的措施来补偿这一缺点。当用做超声波外表波器材的基片时，因其是不可调的，所以有必要具有好的重复性和一致性，不然即使其他特性再好，也是无法使用的。