Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การออกแบบและการเตรียมเพียโซอิเล็กทริกอัลตราโซนิคแทรนส์ดิวเซอร์

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Design and fabrication of piezoelectric ultrasonic transducer

Year (A.D.)

2005

Document Type

Thesis

First Advisor

ศิริธันว์ เจียมศิริเลิศ

Second Advisor

พิทักษ์ เหล่ารัตนกุล

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

เทคโนโลยีเซรามิก

DOI

10.58837/CHULA.THE.2005.895

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการออกแบบและเตรียมเพียโซอิเล็กทริกอัลตราโซนิคแทรนส์ดิวเซอร์ โดยศึกษาในส่วนของ วัสดุเพียโซอิเล็กทริก ส่วนท้ายของแทรนส์ดิวเซอร์ และต้นแบบเพียโซอิเล็กทริกอัลตราโซนิคแทรนส์ดิว เซอร์ ส่วนแรกศึกษาวัสดุเพียโซอิเล็กทริก โดยการนำผงสารเพียโซอิเล็กทริกสองชนิด คือ hard PZT (APC 840) และ soft OZT (AOC 850) มาขึ้นรูปโดยการอัดในแม่พิมพ์ทที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดแตกต่างกันคือ 20.0 25.5 และ 35.0 mm แล้วเผาชินเทอร์ในเตาเผาบรรยากาศปกติที่อุณหภูมิ 1250 degrees Celsius เป็นเวลา 2 ชั่วโมง นำชิ้นงานที่ได้มาตัดและขัดให้ได้เป็นแผ่นวงกลมหนา 1.0 1.5 และ 2.0 mm แล้วทำขั้ว อิเล็กโทรดด้วย An-paste เผาในบรรยากาศปกติที่อุณหภูมิ 550 degrees Celsius เป็นเวลา 30 นาที นำ ชิ้นงานเพียโซอิเล็กทริกแต่ละขนาดของทั้งสองชนิดมาเปรียบเทียบสมบัติต่างๆ ที่เหมาะสำหรับการเตรียม เป็นอัลตราโซนิคแทรนส์ดิวซอร์ พบว่า PZT ทั้งสองชนิดมีสมบัติส่วนใหญ่สามารถนำมาเตรียมเป็น อัลตราโซนิคแทรนส์ดิวเซอร์ได้ แต่เมื่อพิจารณาในเรื่องของความถี่เรโซแนนซ์ในการใช้งาน Kp และ Qm แล้วพบว่า hard PZT เหมาะสมมากกว่า โดยความถี่ของชิ้นงานที่ได้จากการศึกษาอยู่ในช่วง 80-140 kHz ส่วนถัดไปทำการศึกษาค่าอะคูสติกอิมพีแดนซ์ และ แอทเทนนิวเอชันของคอมพอสิท ระหว่างผงโลหะสอง ชนิดคือ ทองแดง และ อะลูมิเนียม กับอิพอกซีเรซิน เพื่อใชเป็นวัสดุส่วนหลังของแทรนส์ดิวเซอร์ที่จะเตรียม โดยการเพิ่มสัดส่วนของอนุภาคของผงโลหะแต่ละชนิดในคอมพอสิท พบว่าคอมพอสิททั้งสองชนิด มีค่า อะคูสติกอิมพีแดนซ์ และ แอทเทนนิวเอชันสูงขึ้นเมื่อมีสัดส่วนของอนุภาคโลหะสูงขึ้น โดยทองแดง คอมพอสิทกับอิพอกซีเรซินจะมีค่าทั้งสองสูงกว่าอะลูมิเนียมอิพอกซีเรซินเล็กน้อย แต่ทองแดงอิพอกซีเรซิน คอมพอสิทไม่มีเสถียรภาพเนื่องจากมีออกไซด์เกิดขึ้นเมื่อทิ้งไว้ ดังนั้นอะลูมิเนียมอิพอกซีเรซินจึงเหมาะ สำหรับเป็นวัสดุส่วนหลังของแทรนส์ดิวเซอร์มากกว่า ในส่วนสุดท้ายเป็นการเตรียมเพียโซอิเล็กทริก อัลตราโซนิคแทรนส์ดิวเซอร์ตัวอย่างจาก hard PZT ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 30 mm และหน่า 1.0 mm โดยมี 5%อะลูมิเนียมอิพอกซีเรซิน เป็นวัสดุส่วนหลัง และมีตัวโครงแทรนส์ดิวเซอร์ทำมาจากพลาสติก พบว่า ความถี่ที่ให้ออกมาอยู่ที่ประมาณ 80 kHz โดยมีค่า BW S rel และ waveform duration ทั้งการรับและ การส่งที่ดีสามารถนำไปใช้งานได้

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

Design and fabrication of piezoelectric ultrasonic transducer was proposed and studied in terms of piezoelectric materials, backing layer and the prototype of piezoelectric ultrasonic transducer. Firstly, specimens of piezoelectric materials were prepared by uniaxial pressing hard PZT (APC 840) and soft PZT (APC 850) into disc shape. The mold diameters are 20.0 mm, 25.5 mm and 35.0 mm. The specimens were sintered in air atmosphere furnace at a temperature of 1250 degrees Celsius for 2 hours. Sintered specimens were cut and polished to 1.0, 1.5 and 2.0 mm in the thickness, marked electrode with Ag-paste and cured in the air atmosphere furnace at a temperature of 550 degrees Celsius for 1/2 hour. Both hard PZT and soft PZT having properties that could be used as ultrasonic transducer but the hard PZT was better for use as high efficiency ultrasonic transducer because it had higher resonance frequency, Kp and Qm than the soft PZT. The resonance frequencies of PZT specimens were 80-140 kHz. Secondly, backing layer was fabricated by mixing metal powders and epoxy resin (Cu-epoxy resin and Al-epoxy resin). Attenuation and acoustic impedance of Cu-epoxy resin was higher than Al-epoxy resin, and the attenuation and acoustic impedance of both Cu and Al epoxy resins increased with increasing metal powder content. Sine Cu-epoxy resin was oxidized in air atmosphere, only Al-epoxy resin was proper for the fabrication of transducer. The prototype transducers were fabricated by using hard PZT of a large diameter of 30 mm and 1.0 mm in thickness with 5% Al-epoxy resin as backing material and using plastic as transducer case. The resonance frequency of the obtained transducer was around 80 kHz with a good BW, good waveform duration and a high sensitivity.

Link to Full Text

Share

COinS