СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРИСТАЛЛА НИОБАТА ЛИТИЯ, СПАЯННОГО С ЗОЛОТОМ И ИНДИЕМ

1
2
1. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя, содержащего верхний стальной или металлический электрод (2), преобразующий элемент (3), выполненный из пьезоэлектрического материала, и стальную или металлическую подложку (1), которая обеспечивает интерфейс между преобразующим элементом и средой распространения акустических волн, первое соединение (J) между подложкой и пьезоэлектрическим материалом и второе соединение (J) между преобразующим элементом и верхним электродом, отличающийся тем, что для выполнения вышеупомянутых соединений он содержит следующие этапы:
- нанесение слоя золота с последующим нанесением слоя индия на одну из поверхностей верхнего электрода, на обе поверхности преобразующего элемента и на поверхность стальной подложки;
- пакетирование подложки, преобразующего элемента и верхнего электрода, выполняемое под давлением;
- выполнение первого соединения и второго соединения на основе смеси золота и индия посредством операции пайки и диффузии;
- вышеупомянутая операция пайки и диффузии включает в себя следующие этапы:
- первый этап подъема температуры до первой температуры от приблизительно 150°C до приблизительно 400°C, и поддержание этой первой температуры в течение первого периода времени, соответствующего первому плато;
- второй этап подъема температуры до второй температуры от приблизительно 400°C до приблизительно 1000°C, и поддержание этой второй температуры в течение второго периода времени, соответствующего второму плато.
1
2
2. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя, содержащего верхний стальной или металлический электрод (2), преобразующий элемент (3), выполненный из пьезоэлектрического материала, и стальную или металлическую подложку (1), которая обеспечивает интерфейс между преобразующим элементом и средой распространения акустических волн, первое соединение (J) между подложкой и пьезоэлектрическим материалом и второе соединение (J) между преобразующим элементом и верхним электродом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит следующие этапы для выполнения вышеупомянутых соединений:
- нанесение слоя золота с последующим нанесением слоя индия на первую поверхность преобразующего элемента и на поверхность стальной подложки;
- вторая поверхность преобразующего элемента независимо от обработки, осуществленной на поверхности электрода, оставлена не покрытой или покрыта слоем золота с последующим покрытием слоем индия, или покрыта слоем золота или любым другим материалом, предпочтительно не окисляемым, и электрические и диэлектрические свойства которого совместимы с электрическим резистивным и/или емкостным, например, контактным соединением преобразующего элемента и электрода;
- поверхность электрода, может быть независимо от обработки, осуществленной на второй поверхности преобразователя, оставлена не покрытой или покрыта слоем золота с последующим покрытием слоем индия, или покрытая слоем золота, или любым другим материалом, предпочтительно не окисляемым, и электрические и диэлектрические свойства которого совместимы с электрическим резистивным и/или емкостным, например, контактным соединением, электрода и преобразующего элемента;
- пакетирование подложки и преобразующего элемента, выполняемое под давлением, причем вышеупомянутая первая поверхность преобразующего элемента обращена к упомянутой подложке;
- выполнение первого соединения на основе смеси золота и индия посредством операции пайки и диффузии;
- вышеупомянутая операция пайки и диффузии содержит следующие этапы:
- первый этап подъема температуры до первой температуры от приблизительно 150°C до приблизительно 400°C, и поддержание этой первой температуры в течение первого периода времени, соответствующего первому плато;
- второй этап подъема температуры до второй температуры от приблизительно 400°C до приблизительно 1000°C, и поддержание этой второй температуры в течение второго периода времени, соответствующего второму плато.
- пакетирование верхнего электрода на преобразующем элементе;
- выполнение второго соединения посредством контакта между преобразующим элементом и верхним электродом.
3. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что пьезоэлектрический материал представляет собой ниобат лития.
4. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что атомный процент индия ниже приблизительно на 35%.
5. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по п. 3, отличающийся тем, что ниобат лития представляет собой чистый ниобат лития или ниобат лития, обогащенный изотопом литий-7.
6. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя по п. 3, отличающийся тем, что ниобат лития имеет Z-срез (Y 90°).
7. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя по п. 3, отличающийся тем, что ниобат лития имеет Y-срез 36° или Y-срез 163°.
8. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что вышеупомянутая первая температура превышает температуру плавления чистого индия.
9. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по п. 8, отличающийся тем, что вышеупомянутая первая температура составляет порядка 170°C.
10. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что вышеупомянутая вторая температура составляет около 650°C.
11. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что первая температура несколько возрастает в течение первого периода времени.
12. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что первый период времени составляет около 1 ч, второй период времени составляет около 2 ч, подъем температуры между вышеупомянутой первой температурой и вышеупомянутой второй температурой составляет около 4 ч.
-5
13. Способ изготовления преобразователя по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что этапы выполнения паяных соединений осуществляют при вторичном разрежении, которое может быть около 10 мбар.
2
14. Способ изготовления преобразователя по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что этапы выполнения паяных соединений выполняют при поддержании сборки в условиях умеренного одноосного давления, которое может быть ниже приблизительно 2 кг/см.
15. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что он включает в себя объединение сборки: подложка - первое соединение - преобразующий элемент - второе соединение - верхний электрод в корпусе, вышеупомянутая подложка представляет собой тонкую пластину, интегрированную в указанный корпус.
16. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по п. 15, отличающийся тем, что вышеупомянутый корпус содержит средства вентиляции, позволяющие возобновить содержание кислорода, имеющегося в вышеупомянутом корпусе.
17. Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что для выполнения паяных соединений он дополнительно содержит:
- монтаж сборки, образованной верхним электродом, преобразующим элементом и подложкой или преобразующим элементом и подложкой, при наличии фольги на основе золота и индия или смесей золота и индия, вставленных между каждым из вышеупомянутых элементов;
- операцию пайки и диффузии.
18. Способ изготовления преобразующего элемента по п. 17, отличающийся тем, что он дополнительно содержит предварительное создание слоев золота на поверхностях вышеупомянутых элементов, предназначенных для способствования операции монтажа пайкой так, чтобы улучшить адгезию вышеупомянутой фольги на основе золота и индия или смеси золота и индия.
19. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из .пп. 1 или 2, отличающийся тем, что операции нанесения слоев выполняются катодным распылением.
20. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит до нанесения слоев золота создание сцепляющих слоев на поверхностях электрода, и/или преобразующих элементов, и/или подложки.
21. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что один или несколько сцепляющих слоев представляют собой слои на основе хрома и/или хрома и никеля или титана.
22. Способ изготовления преобразующего элемента по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нанесение защитного слоя на слой индия.
23. Способ изготовления преобразующего элемента по п. 22, отличающийся тем, что защитный слой представляет собой слой на основе золота.