Brevet FR2005462A1 — publié le 19691212

La présente invention concerne des dispositifs transduc -teurs à ultrasons. On sait que les transducteurs à ultrasons transforment l'énergie électrique en ultrasons et inversement. D'une façon générale, ils comprennent un cristal piezo-électrique ou ferroélectrique monté de façon que l'énergie électrique puisse y être appliquée. Bien que le terme "cristal" est couramment appliqué en pratique, soit à une matière mono-cristalline comme le quartz, soit à une matière poly-cristalline comme le zirconate-titanate de plomb, la pro sente invention se rapporte en particulier à la forme de transducteur dans laquelle le cristal est une matière polycristalline. Les transducteurs classiques, tels qu'ils sont produits à l'heure actuelle, sont fabriques d'une façon inhérente en des matières fragiles et les procédés de fabrication ont tendance à donner des produits poreux qui réduisent encore leur résistance mécanique. Etant donné que l'épaisseur d'un cristal transducteur doit être égale . la moiti de la longueur d'onde de l'ultra- son à engendrer, la fréquence de fonctionnement est limitée aux épaisseurs qui peuvent être obtenues avec une résistance mécanique appropriée. Par exemple, un cristal de zirconate-titanate de plomb résonnant à 5 mégahertz a une épaisseur d'environ 0,5 mm. En outre, il est souvent nécessaire que des transducteurs aient une forme susceptible de concentrer les ultrasons et ces cristaux sont habituel ement meulés à la forme à partir d'un disque de la matière cristalline. Il est évident qu'une telle opération est difficile à réaliser. En outre, dans un transducteur classique, le cristal est muni d'électrodes d'argent sur ses deux faces et est monté dans une enveloppe métallique qui est en contact avec l'électrode d'argent d'une face (habituellement la face avant). L'électrode arrière est connectée, habituellement par brasage, à un fil métallique et le cristal est également soutenu par une matière d'appui qui consiste on une résine chargée avec une poudre d'un CL a-riiii a métal lourd comme le tungstène. Cette matiere pour but d'amortir les résonances dans le cristal qui engendrent des ultransons et la quantité do matière d'appui a une importance primordiale pour obtenir le degré d'amortissement correct.On doit souligner que bien que cette résine soit chargée avec une poudre d'un métal lourd, elle n'est pas conductrice et l'électricité dans les conditions d'utilisation. En outre, étant donné eue le cristal transducteur peut présenter une très faible impédance à la fréquence de fonctionne ment, son utilisation implique souvent le passage de courants forts pour obtenir l'énergie de sortie voulue. En conséquence, la connexion brasée du fil conducteur doit être très importante et pendant la réalisation de cette connexion, il est possible de produire une dépolarisation ou locale du cristal et en service,il peut se produire un surchauffage local de la matière d'appui. L présente invention fournit un procédé de fabrication d'un cristal composite transducteur qui consiste à charger fortement une matière résineuse synthétique durcissable avec une poudre piezo-électrique, à mouler le cristal composite à la orme voulue, à faire durcir on laisser durcir la matière résineuse synthétique, et à polariser ensuite la poudre piezo-e'l0ctrique supportée on chauffant le cristal composite et en le laissant refroidir en passant par le point de Curie de la matière piezo-électrique, tout en soumettant le cristal composite à un champ électrique suffisant pour polariser la poudre piezo-électrique. De préférence, la matière résineuse synthétique comprend une résine thermo-durcissable de faible viscosité et de préférence la poudre piezo-électrique comprend une large gamme de dimension particulaire, le cristal étant moulé à la forme voulue et pouvant mûrir avant la polarisatin de la poudre piezo-électrique. L'invention concerne un cristal transducteur fabriqué suivant le procédé décrit ci-dessus et comprenant une poudre piezoélectrique polarisée dans une résine thermo-durcissable mûrie. L'invention se rapporte en outre à un ensemble transducteur à ultrasons comprenant un cristal transducteur comme sus-mentionné présentant des électrodes sur ses faces avnant et arrière qui sont connectées à une matière d'appui conductrice de l'électricité au moyen d'une colle ou adhésif conducteur. De préférence, l'adhésif conducteur est un mélange d'une résine époxy avec des peillettes d'argent et ce mélange est vendu par Johnson Methey. Co. Ltd. sous la désignation "préparation d'argent thermo-durcissable qualité ESP49". De préférence, la @@@bre d'appui conductrice de l'électri- cité est constituée par une résine thermo-durcissable chargée de sphères de verre enduites d'argent et hargée en outre au moyen d'une poudre d'un métal lourd nomme un poudre de tungstène. Les sphères peuvent avoir un diamètre de l'ordre de 10 microns et peuvent constituer 40 % on poids environ du mélange de la charge et de la résine. De préférence, un contact de la face arrière du cristal transducteur est chargé par ressort pour établir un contact avec la face arrière de la matière d'appui conductrice de l'électricité. L'invention concerne un procédé de fabrication d'un ensemble transducteur à ultrasons, qui consiste à former un bouchon d'appui conducteur de l'électricité à partir d'un mélange d'une résine thermo-durcissable chargée avec des sphéres de verre enduites d'argent et chargée en outre avec une poudre d'un métal lourd, à mettre la face avant du bouchon à la forme voulue, à charger fortement une résine thermo-durcissable de faible viscosité avec une poudre piezo-électrique, à enduire la face avant du bouchon d'appui et une surface de la résine thermo-durcissable chargée avec une colle ou adhésif conducteur de l'électricité, à presser cette surface enduite et la surface avant enduite l'une contre l'autre et à chauffer pour mouler la résine thermo-durcissable chargée à la forme de façon qu'elle épouse la face avant du bouchon d'appui et à les faire adhérer ensemble, à former une surface d'électrode sur la face avant du cristal transducteur composite formé par la résine thermo-durcissable moulée chargée de poudre piezo-électrique et à polariser la poudre piezo-électrique en chauffant le bouchon d'appui et le cristal transducteur composite combinés et à laisser refroidir la poudre piezo-électrique en la faisant passer par le point de Curie, tout en appliquent un champ électrique suffisant pour polariser la poudre piezo-électrique. On va décrire maintenant, à titre d'ezemple, une construction particulière d'un ensemble transducteur à ultrasens suivant l'invention, en se référant du dessn annexé dont la figure unique représente l'ensemble en coupe. En se référant à la figure unique, un cristal transducteur 1 présente des électrodes d'argent 2 et 3 sur ses faces avant et arrière, l'électrode arrière 3 étant connectée électriquement par une couche d'un adhésif conducteur à un bouchon 5 de matière d'appui conductrice de l'électricité. Ce sous-ensemble est fabriqué de la façon suivante : on prépare un bouchon d'appui conducteur de l'électricité à partir d'un mélange d'une résine thermo-durcissable (par exemple une résine époxy ou un polyester) chargée de sphéres de verre enduites d'argent et chargée en outre avec une poudre d'un métal lourd comme le tungstène. Ce bouchon est coulé dans un moule approprié et sa face avant est usinée ensuite (si nécessaire) à la forme voulue. On prépare une ébauche d'un cristal transducteur composite en chargeant fortement une résine thermo-durcissable de faible viscosité avec une poudre piezo-électrique comme un poudre de titanate de baryum et en la moulant sous forme d'un disque généralement plat. On enduit ensuite la face arrière du disque de cristal avec un adhésif contenant de l'argent et on enduit d'une façon analogue la face avant du bouchon d'appui. On chauffe alors le disque et le bouchon jusqu'à 80 C environ et les pousse fortement l'un contre l'autre pour mouler le cristal à une forme épousant la surface avant du bouchon et pour les faire adhérer l'un à l'autre. Au cours de ce stade de la fabrication, on doit prendre soin d'éviter qu'il se forme des poches d'air. On ajoute ensuite- une électrode d'argent classicue ouI est appliquée a la face avant du cristal pour permettre de la mettre à la masse. L'électrode avant peut être appliquée en utilisant un argent liquide vendu sous la marque déposée "DAG product 962" par Messrs. Acheson Collois Ltd. Il convient de noter que la colle d'argent mûrit à froid et qu'elle ne contient pes de solvant, je mais il est possible de séparer l'électrode de la matière d'appui en utilisant ou solvant au cas où le transducteur devient défectueux. On plonge ensuite tout le sous-ensemble dans une huile appropriée et le chauffe jusqu'à une température d'environ 120 C et on applique un champ électrique de potential nécessaire au cristal. Si on laisse refroidir le bain d'huile de façon qu'il passe par le point e Curie (qui dans le cas du titanate de baryum est d'environ 120 C), le cristal piezo-électrique est correctement polarisé. On dispose le sous-ensemble du cristal transducteur et du bouchon d'appui dans un boîtier métallique 6 présentant une lèvre 7 rabattus vers l'intérieur à son extrémité avant qui vient au contact de l'électrode avant 2, la surface interne du boîtier 6 présentant une couche de mati are isolante 8 pour isoler électri- quement le boîtier du bouchon 5. Le frce arrière du bouchon 5 présente un trou taraudé dans lequel est visée un bouchon métallique 9. L'arrière du boîtier 6 est fermé par une plaque métallique 10 cul est visses dans le boîtier et qui ser-t de monture pour une douille de raccordement 11.Avantageusement, la douille de raccordement est sous une forme imperméable connue, étant donné que les transducteurs à ultrasons sont fréquemment utilisés sous l'eau. La forme particulière de la douille de raccordement représentée se termine à son extrémité interne par un goujon de contact ixe 12 isolé oe l'enveloppe de 1 douille. Un ressort 17, en une matière conductrice de l'électricité,est disposé entre le goujon 12 et le goujon 9 de façon à former un trajet conducteur entre le connecteur 11 et l'électrode arrière du cristal 1. Afin oe maintenir le bouchon 5 en position, on prévoit une bague d'écartement 14 qui est en contact avec la plaque 10.Une bague torique 15 en une matière isolante, par exemple en caoutchouc, est disposée entre la bague d'écartement 14 et le bouchon 5 et on se rend compte qu'en vissant la plaque 10 dans le boltier 6, on fixe l'ensemble transducteur en position et garantit un contact approprié entre l'électrode avant et la lèvre 7. Afin de fermer hermétiquement l'ensemble pour empêcher l'entrée de l'humidité, on étale une solution plastique de caoutchouc d'imperméabilisation sur la jonction entre la lèvre et l'électrode avant, comme indiqué en 16 et sur la jonction entre la plaque 10 et le boîtier 6, comme indiqué en 17. Il est bien entendu qu'un enlevant la colle imperméable, on peut démonter l'ensentle et remplacer ses pièces défectueuses. Il convient de noter qu'avec la disposition décrite cidessus, le courant d'alimentation est appliqué sensiblement à toute la surface de l'électrode arrière, en évitant ainsi un risque de surcharge éventuel de cette électrode, d'un fil conduc teur ou d'un joint brasé. La présente invention n'est pas limitée aux détails de l'exemple ci-dessus. Par exemple, pour produire des ultrasons concentrés, la face de l'élément d'appui et celle du cristal transducteur qui le touche peuvent avoir une forme sphérique concave. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un cristal transducteur composite, caractérisé en ce qu'il consiste à charger fortement une matière résineuse synthétique durcis sable avec une poudre piezo-électrique, a couler le cristal composite à la forme voulue, à faire durcir ou à laisser durcir la résine synthétique, et ensuite à polariser la poudre piezo-électrique supportée en chauffant le cristal composite et en le laissant refroidir, de façon qu'il passe par le point de Curie do la matière piezoélectrique, tout en soumettant le cristal composite à un champ électrique suffisant pour polariser la poudre piezo-électrique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matière résineuse synthétique comprend une résine therno- durcissable de faible viscosité. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé encre que la poudre piezo-c-lectrique comprend une large gamme de dimensions granulaires, le cristal étant moulé à la forme voulue et pouvant murir avant la polarisation de la poudre piezo-électrique. 4. Cristal transducteur fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une poudre piezo-électrique polarisée dans une résine thermo-durcissable mûrie. 5. Ensemble transducteur à ultrasons, caractérisé en ce quril comprend un cristal transducteur selon la revendication 4, présen- tant des électrodes sur ses faces avant et arrière qui sont connectées - une matière d'appui conductrice de l'électricité -par une colle ou adhésif conducteur 6. Ensemble transducteur à ultrasons selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'adhésif conducteur comprend un mélange d'une résine époxy avec des paillettes d'argent. 7. Ensemble transducteur à ultrasons selon la revendication 5 ou 6,- caratérisé on ce que la matière d'appui conductrice de l'électricité comprend une résine thermo-durcissable chargée do sphères de verre enduites d'argent et chargée en outre avec une poudre d'un métal lourd. 8. Ensemble transducteur à ultrasons selon la revendication 7, caractérisé en ce que la poudre de métal lourd est une poudre de tungstène. 9. Ensemble de transducteur ultrasons selon la revendi cation 7 ou 8, caractérisé en ce que les sphères de verre enduites d'argent ont un diamètre de l'ordre de 10 microns. 10. Ensemble transducteur à ultransons selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les sphères de verre enduites d'argent constituent sensiblement 40 % en poids du mélange de la charge et de la résine. 11. Ensemble transducteur à ultrasons selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'un contact de la face arrière du cristal transducteur est chargé par ressort pour établir un contact avec la face arrière de la matière d'appui conductrice de l'électricité. 12. Procédé de fabrication d'un ensemble transducteur à ultrasons, caractérisé en ce qu'il consiste à former un bouchon d'appui conducteur de l'électricité à partir d'un mélange d'une résine thermo-durcissable chargée de sphères, enduites d'argent et chargée en outre avec une poudre d'un métal lourd, à mettre la face avant du bouchon a 1. forme voulue, à charger fortement une résine thermo-durcissable de faible viscosité avec une poudre piezoélectrique, à enduire la fave avant du bouchon d'appui et une surfade la résine thermo-durcissable chargée avec une colle ou adhésif conducteur de l'électricité, à presser ladite face enduite et ladite face avant enduite l'une contre l'autre et à chauffer pour mouler la résine thermo-durcissable chargée à la forme de la face avant du bouchon d'appui et pour les faire adhérer ensemble, à former une surface d'électrode sur la face avant du cristal transducteur composité formé par la résine thermo-durcissable moulée chargée de poudre piezo-électrique et à polariser, la poudre piezo-électrique en chauffant le bouchon d'appui et le cristal transducteur composite combinés et en les faissant refroidir en passent par le point de Curie de la poudre piezo-électrique, tout en appliquant un champ électriqe suffisant pour polariser la poudre piezo-électrique.