PROCESS FOR THE PRODUCTION OF FOCUSSING PIEZOELECTRIC RESONATORS

Abstract: 1. A process for the production of focussing piezoelectric resonators from piezo-ceramic by deforming, characterised in that piezo-ceramic material is deformed when hot in a mould.

Description: Verfahren zur Herstellung fokussierender Piezoschwinger Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fokussierender Piezoschwinger aus Piezokeramik durch Verformen. In der elektromedizinischen und derder#zerstörungsfreien Werkstoffprüfung werden Ultraschallschwinger eingesetzt, die zur mechanischen Fokussierung des Ultraschallstrahles z.B. zylindrisch oder sphärisch gekrümmt sind. Die Herstellung solcher Piezoschwinger erfolgt bislang durch Profil schleifen von ebenen Körpern auf handelsüblichen Maschinen oder von Hand. Das Schleifen der Profile erfordert einen hohen Aufwand an Werkzeugen und hohe Arbeitskosten, da hohe Genauigkeit, z.B. eine Oberflächengenauigkeit von + 2 ijm gefordert wird und die Dickenwandung entlang der Krümmung, z.B. der Zylinderfläche ebenfalls etwa + 2 tjm betragen soll. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile übliche bekannte Ultraschallschwinger herzustellen. Sie sollen bei kostensparender Technik gleiche Genauigkeit aufweisen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein piezokeramisches Material, vorzugsweise ein Piezokeramikstreifen heiss verformt wird. Das Verfahren ist so flexibel, dass Radien von z.B. nur 5 mm formbar sind. Die Dicke der zu formenden Piezokeramikflächen oder -scheiben kann von wenigen 10 Mikrometern bis zu mehreren Millimetern (10 mm) betragen. Die bevorzugte Dicke liegt zwischen 0,1 und 0,2 mm. Das Verfahren ist in einfacher Weise durchführbar und erfordert keine besonderen Spezialkenntnisse. Er erspart das mechanische Profilschleifen und benötigt nicht einmal eine messtechnische Kontrolle. Gemäss einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das piezokeramische Material in einer Form heiss verformt. Hierzu können Piezokeramikstreifen einer Dicke von 10 #m bis 10 mm in eine auf der Innenseite profilierte Form gelegt werden. Die belegte Form wird in einem Ofen 2-8 Stunden auf eine Temperatur zwischen 300 bis 13000C erhitzt. Vorzugsweise wird zwei Stunden auf 12000C erhitzt. Die Streifen mit der gewünschten Dickentoleranz von - 2 ijm können aus einem Block des Piezomaterials abgetrennt sein. Der in die Form eingelegte Piezokeramikstreifen schmiegt sich infolge von Hochtemperaturfliess- prozessen der Geometrie der Form an. Eine zusätzliche Krafteinwirkung ist nicht unbedingt erforderlich. Sie kann aber vorteilhaft sein, da hierdurch die Heizzeit verringert wird. Ein Druck von 1 mbar bis 1 bar für die Belastung der Keramikstreifen beim Erhitzen ist geeignet. Das Material der Form wird der gewählten Heiztemperatur entsprechend ausgesucht. Vorzugsweise werden A1203 oder Zero, vervrendet. Das auf der Innenseite in die Form eingearbeitete Profil, beispielsweise ein Zylinderhohlschliff, wird formgetreu mit kleinster Toler#anz (+ 2 #m) von der Piezokeramik übernommen. Neben der Zylinderform können auch sphärisch geschliffene Stützkörper zur Formung von Schwingerkalotten oder stumpfwinklig geformte Stützkörper und ähnlich geformte Körper als Stützform eingesetzt werden. Für die Durchf¯uhrung des erfindungsgemässen Verfahrens sind alle Piezomaterialien geeignet. Mit besonderem Vorteil werden Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik und Bl ei-Metaniobat-Keramik verwendet. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Piezoschwinger können als mechanisch fokussierende Schwinger vor allem in Ultraschalltransducern insbesondere bei medizinischen Ultraschallarrays verwendet werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung und eines Beispiels näher erläutert. Die Figuren 1 und 2 zeigen in perspektivischer Darstellung Formen (Stützformen) mit einem auf-der Innenseite aufliegenden Piezokeramikstreifen 1-. Gemäss Fig. 1 hat die Innenseite der Stützform 2 einen Zylinderhohlschliff 3. Die Form 4 hat ein stumpfwinI#eliges Innenprofil 5. Fig. 3 zeigt eine Form 6 mit einem nach links und rechts anschliessenden stumpfwinkeligen Innenprofil 7. Beispiel Auf einer Innenlochsäge werden Piezokeramikscheiben von ca. 40 x 80 x 0,29 mm gesägt. Zwei ebene Scheiben werden übereinander in eine Form aus dichter Al203-Keramik eingelegt (Fig. 1) und mit einer gebogenen Platte (entsprechend dem gewünschten Radius) aus feuerfestem, hochtonerdehaltigem Material von 70 g beschwert. Anschliessend wird die Form in einer ge 0 schlossenen Al203-Kapsel 30 Minuten auf 1200 C erhitzt. Die Scheiben mit einem Radius von 65 mm sind für 5,0 MHz-Array geeignet. 11 Patentansprüche 3 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung fokussierender Piezoschwinger aus Piezokeramik durch Verformen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass piezokeramisches Material heiss verformt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass piezokeramisches Material in einer Form heiss verformt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Piezokeramikstreifen heiss verformt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass unter Anwendung von Druck heiss verformt wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Piezokeramik Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik verwendet wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Piezokeramik Bleimetaniobat-Kernmik verwendet wird. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Piezokeramikstreifen einer Dicke von 10 iim bis 10 mm in eine auf der Innenseite profilierte Form gelegt und in dieser 2 bis 8 Stun- den auf 300 bis.i3000C erhitzt werden. 8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Keramikstreifen beim Erhitzen mit einem Druck von 1 mbar bis 1 bar belastet wird. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass innerhalb mehrerer Stunden auf 300 bis 13000C erhitzt wird. 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwei Stunden auf 12000C erhitzt wird. 11. Kreisbogenförmige Piezokeramikschwinger, hergestellt nach dem Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 bis 10.

Inventors: DIEPERS, HEINRICH, DR., SACHS, BERTRAM, SCHMIDT, KLAUS
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: G10K11
IPC codes: H04R17, G10K11, A61B8, H04R31, H04R1, G01N29