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Die Erfindung bezieht sich auf piezoelektrische oder
elektrostriktive Verbundkörper. Insbesondere bezieht sie sich
auf anisotrope 3-3
Verbindbarkeits-Keramik-Polymer-Verbundkörper, die in elektromechanischen Vorrichtungen verwendet werden.
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Piezoelektrische Keramik-Polymer-Verbundkörper, die
nachfolgend als piezoelektrische Verbundkörper und
piezoelektrische Keramik bezeichnet werden, werden in Wandlern für die
medizinische Ultraschall-Bildgebung verwendet. Beim
medizinischen Ultraschall gibt es einen zunehmenden Bedarf, den
Bildgebungsbereich und die Auflösung zu verbessern, wie sie durch die
Empfindlichkeit und Bandbreite des Wandlers bestimmt werden. Es
gibt auch eine Bewegung in Richtung auf eine Verwendung eines
Hochfrequenzwandlers für endoskopische chirurgische Verfahren,
wie beispielsweise Laparoskopie und intravaskuläre Bildgebung.
Somit schaffen die piezoelektrische Verbundkörperwandler diese
medizinischen Verfahren mit besserer axialer und lateraler
Auflösung.
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Drei Hauptvorteile, die sich piezoelektrische
Verbundkörper gegenüber piezoelektrischen Keramiken erfreuen, sind
verminderte spezifische akustische Impedanz (Z), erhöhte
Dickenkopplung (kt) und verringerte planare Kopplung (kp). Es
müssen Kompromisse beim Design des piezoelektrischen
Verbundkörpers gemacht werden, da diese drei Parameter nicht gleichzeitig
optimiert werden können.
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Gegenwärtig werden piezoelektrische Verbundkörper mit
1-3 Verbindbarkeit am häufigsten in Anwendungen von
medizinischen Ultraschallwandlern verwendet. 1-3 Verbindbarkeits-
Verbundkörper werden am häufigsten verwendet aufgrund der
signifikant verkleinerten planaren Kopplungskonstanten (kp), die
gegenüber denjenigen erzielt werden können, die unter
Verwendung homogener keramischer oder isotrope 3-3 Verbindbarkeits-
Verbundkörper der gleichen Materialien erreicht werden können.
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Ein 1-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper ist einer, wo die
eine Phase, üblicherweise die keramische Phase, in der einen
Richtung (z Richtung oder Dickenrichtung) des Verbundkörpers
selbstverbunden ist, während die andere Phase, üblicherweise
die Infiltrierphase, in drei Richtungen des Verbundkörpers
selbstverbunden ist. Ein 1-3 Verbindbarkeits-Verbundkörpers
kann dadurch hergestellt werden, dass eine Phase von
ausgerichteten Keramikfasern oder -stäben in einer Infiltrierphase
eingebettet werden, oder er kann dadurch hergestellt werden, dass
in einen monolithischen Keramikblock tiefe Einschnitte
geschnitten werden und die leeren Räume mit einer Infiltrierphase
gefüllt werden. Die letztgenannte Technik wird als
Würfelschneiden und Füllen bezeichnet. In einem 1-3 Verbindbarkeits-
Verbundkörper sind die minimalen Abmessungen der keramischen
Säulen und der Räume durch eine Messerschneide und die
mechanische Festigkeit der Keramik begrenzt. Infolgedessen erfüllen 1-
3 Verbundkörper nicht immer den steigenden Bedarf für einen
hochfrequenten Wandlerbetrieb in medizinischen
Ultraschallanwendungen.
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Es ist wünschenswert, einen piezoelektrischen
Verbundkörper mit einer Struktur aus miteinander verbundenen Lamellen
und einem verbundenen Zwischenlamellenbereich zu haben, der zu
einem anisotropen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper
verarbeitet werden kann, der verbesserte elektromechanische
Eigenschaften von einem 1-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper hat. Es ist
weiterhin wünschenswert, einen piezoelektrischen Verbundkörper
zu haben, der in einer elektromechanischen Vorrichtung
verwendet werden kann, die eine verringerte planare Kopplung, eine
hohe Dicken-Kopplungskonstante und eine verringerte spezifische
akustische Impedanz hat. Es ist ferner wünschenswert, einen
Verbundkörper und eine daraus resultierende elektromechanische
Vorrichtung zu haben, die kosteneffektiv ist, reproduzierbar
ist und in eine Fertigungsumgebung angepasst werden kann.
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Die vorliegende Erfindung ist auf einen anisotropen 3-
3 Verbindbarkeits-Verbundkörper gerichtet, wie er in Anspruch 1
angegeben ist.
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Ein Vorteil von dem Verbundkörper gemäß der Erfindung
ist der, dass er anisotrop mit einer strukturellen 3-3
Verbindbarkeit ist, aber die elektromechanischen Eigenschaften von 1-3
Verbindbarkeits-Verbundkörpern hat. Alle anderen bekannten 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper sind isotrop. Ein anderer Vorteil
ist, dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die
den anisotropen, piezoelektrischen 3-3 Verbindbarkeits-
Verbundkörper gemäß der Erfindung verwendet, weniger laterale
Verbindbarkeit hat als eine Vorrichtung, die einen isotropen,
piezoelektrischen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper verwendet,
wodurch die planaren Kopplungsmoden der Vorrichtung verkleinert
werden. Die Kombination der Kopplungsmoden, die durch die
Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielt werden, führt zu
verbesserter Auflösung und Bildgebungsbereich in medizinischen
Ultraschall-Anwendungen als diejenigen, die durch Vorrichtungen
erzielt werden, die aus isotropen, piezoelektrischen 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper hergestellt sind. Die anisotrope 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörpervorrichtung gemäß der Erfindung
arbeitet wie eine Pseudo-1-3 Verbindbarkeits-
Verbundkörpervorrichtung aufgrund der verbesserten
Kopplungsmoden. Ferner gestattet die Erfindung die Verwendung von feineren
Größen der Lamellen und Zwischenlamellenbereichen als
diejenigen, die aus den bekannten Verfahren zum Fertigen von 1-3
Verbundkörpern erhältlich sind. Somit können die Vorrichtungen
gemäß der Erfindung bei den hohen Frequenzbereichen betrieben
werden, die in medizinischen Ultraschall-Anwendungen
erforderlich sind.
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Es werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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Fig. 1a und 1b eine Mikrofotografie von einem
anisotropen 60 Volumenprozent PZT-5H - 40 Volumenprozent
Polyätheraminoepoxid-3-3-Verbindbarkeits-Verbundkörper ist, wobei
1a die verbundenen Lamellen des Verbundkörpers und 1b den
verbundenen Zwischenlamellenbereich des Verbundkörpers zeigt.
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Fig. 2a und 2b sind schematische Darstellungen, die
die Ausrichtung der verbundenen Lamellen des anisotropen 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper gemäß der Erfindung aus einer
Seitenansicht (2a) und einer Draufsicht (2b) darstellen.
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Fig. 3a und 3b sind Mikrofotografien von einem
anisotropen 60 Volumenprozent PZT-5H - 40 Volumenprozent
anisotropen Polyätheraminoepoxid-3-3-Verbindbarkeits-Verbundkörper und
zeigen die Seitenansicht (3a) und Draufsicht (3b) des
Verbundkörpers.
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Fig. 4a ist eine Kurvendarstellung von der
elektrischen Impedanz über verschiedenen Frequenzen von einem 100
Volumenprozent PZT-5H Keramikwandler.
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Fig. 4b ist eine Kurvendarstellung von der
elektrischen Impedanz über verschiedenen Frequenzen von einem 60
Volumenprozent PZT-5H - 40 Volumenprozent anisopropen
Polyätheraminoepoxid-3-3-Verbindbarkeits-Verbundwandler.
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Es wurde gefunden, dass ein verbesserter Verbundkörper
für elektromechanische Vorrichtungen hergestellt werden kann,
der einen anisotropen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper
aufweist, der aus einer keramischen Phase von miteinander
verbundenen Lamellen und einem verbundenen Zwischenlamellenbereich
aufgebaut ist, der eine Infiltrierphase enthält. Allgemein ist
der Verbundkörper ein piezoelektrischer oder elektrostriktiver
Verbundkörper. Durch den Begriff piezoelektrisch sind
diejenigen Verbundkörper gemeint, die eine remanente Polarisation und
remanente Spannung beibehalten, nachdem ein elektrisches Feld,
das an sie angelegt worden war, entfernt wird. In ähnlicher
Weise sind durch den Begriff elektrostriktiv diejenigen
Materialien gemeint, die eine bemerkbare Polarisation oder Spannung
proportional zum Quadrat eines angelegten elektrischen Feldes
aufweisen.
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Bei dieser Erfindung bedeutet der Begriff "miteinander
verbundene Lamellen", nachfolgend als Lamellen bezeichnet, den
Bereich von dem Verbundkörper, der miteinander verbundene Wände
von keramischem Material enthält und mit sich selbst auf drei
Ebenen in den x, y und z Richtungen
verbunden ist. Fig. 1a
gibt diesen Bereich des Verbundkörpers an, das heißt die
miteinander verbundenen Lamellen. Es sei darauf hingewiesen, dass
die miteinander verbundenen keramischen Lamellen in einem
geordneten Feld in einer Vorform angeordnet sind, um den
anisotropen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper zu bilden. Die
keramischen Lamellen sind verdichtet und haben eine Dichte von
wenigstens 95%.
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Der Begriff "verbundener Zwischenlamellenbereich", der
nachfolgend als ein Zwischenlamellenbereich oder
interlamellarer Bereich bezeichnet wird, bedeutet denjenigen Bereich des
Verbundmaterials, der zwischen den verbundenen Lamellen liegt.
Dieser Bereich ist auch mit sich selbst auf drei Ebenen
verbunden. Der verbundene interlamellare Bereich weist die
Infiltrierphase von dem Verbundkörper auf, der ein Polymer, ein Glas
oder ein Zement sein kann. Der verbundene
Zwischenlamellenbereich bildet ein Skelett, das mit der keramischen Phase, den
verbundenen Lamellen des Verbundkörpers, verschlungen ist.
Fig. 1b gibt denjenigen Bereich des Verbundkörpers an, der der
verbundene Zwischenlamellenbereich ist.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann eine
elektromechanische Vorrichtung sein und wird nachfolgend als die
Vorrichtung bezeichnet. Beispiele von Vorrichtungen, die für eine
Verwendung in dieser Erfindung gedacht werden können, umfassen,
ohne darauf beschränkt zu sein, Wandler, Stellglieder, Sensoren
und verschiedene Variationen davon.
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Wie bereits ausgeführt wurde, kann der Verbundkörper
gemäß der Erfindung ein piezoelektrischer Verbundkörper oder
ein elektrostriktiver Verbundkörper sein. Dies wird durch die
keramische Phase des Verbundkörpers bestimmt. Beispielsweise
kann die keramische Phase gemäß der Erfindung ein
piezoelektrisches oder ein elektrostriktives Material sein, wie
beispielsweise ein Metalltitanat, Metallzirkonat, Metallniobat,
Metalltantalat, Metallwolframat, Metallstannat oder eine feste Lösung
davon. Zu Darstellungszwecken sei angegeben, dass üblicherweise
verwendete Materialien Bleizirkonattitanat, auch als PZT
be
zeichnet, oder Bleimagnesiumniobat-Bleititanat auch als PMN-PT
bezeichnet, sein können. Beispiele von Metalltitanaten, die als
die keramische Phase in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden können, umfassen Bariumtitanat, Bleititanat,
Strontiumtitanat und Wismuttitanat. Ein Beispiel von einem
Metallzirkonat ist Bleizirkonat. Beispiele von Metallniobaten sind
Bleiniobat, Strontiumbariumniobat, Lithiumniobat und Bleimetaniobat.
Feste Lösungen umfassen Bleizirkonattitanat,
Bleimagnesiumniobat-Bleititanat, Bleizinkniobat-Bleititanat.
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Die Infiltrierphase des Verbundkörpers kann Polymere,
eine kleine spezifische akustische Impedanz aufweisende Gläser,
eine kleine spezifische akustische Impedanz aufweisende Zemente
oder Mischungen davon umfassen. Das Polymer kann ein Epoxid,
Urethan, Elastomer, Silikon oder Mischungen davon sein. Mit
eine kleine spezifische akustische Impedanz aufweisendem Glas und
einem eine kleine spezifische akustische Impedanz aufweisendem
Zement sind diejenigen Gläser und Zemente mit einer
spezifischen akustischen Impedanz von weniger als oder etwa 12 MRayl
gemeint.
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Anisotropische 3-3 Verbindbarkeit bezieht sich auf die
Mikrostruktur von dem Verbundkörper gemäß der vorliegenden
Erfindung. Mit dem Begriff "anisotrop" ist gemeint, dass die
Materialeigenschaften von dem Verbundkörper unterschiedliche
Werte aufweisen können, wenn entlang unterschiedlichen Achsen, den
x, y und z Achsen, gemessen wird. Die Materialeigenschaften des
anisotropen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörpers und der
resultierenden Vorrichtung, die von besonderem Interesse sind, sind
die dielektrische Konstante (K&sub3;&sub3;T), die planare
Kopplungskonstante (kp), die spezifische akustische Impedanz (Z) und die
Dicken-Kopplungskonstante (kt). Die Phrase "3-3" in einem
"anisotropen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper" bezeichnet die
Anzahl von Richtungen, in der die keramische Phase und die
Infiltrierphase des Verbundkörpers selbstverbunden sind. Bei der
vorliegenden Erfindung, die eine 3-3 Verbindbarkeit aufweist,
hat jede Phase des Verbundkörpers, die keramische und die
Infiltrierphase, drei Richtungen der Verbindbarkeit. Die zwei
Phasen sind auch in drei Dimensionen miteinander verbunden,
wobei verbundene Skeletts der zwei Phasen hervorgerufen werden.
(Siehe Fig. 1a und 1b.)
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Verbundkörper mit 3-3 Verbindbarkeit weisen
üblicherweise isotrope Charakteristiken aufgrund der gleichförmigen
Struktur in drei Dimensionen auf. Die vorliegende Erfindung
weist jedoch, obwohl es ein 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper
ist, anisotrope elektromechanische Charakteristiken auf, wo die
dielektrische Konstante, die spezifische akustische Impedanz
und Kopplungskonstanten betroffen sind. Dies wird der Tatsache
zugerechnet, dass die Verbindbarkeit der keramischen Lamellen
in der z-Richtung oder Dickenrichtung nicht die gleiche oder
gleichförmig ist mit den x und y Richtungen. Mit anderen
Worten, die Verbindbarkeit in der x-y Ebene oder in den lateralen
Richtungen ist im wesentlichen isotrop, und die Verbindbarkeit
in der z Richtung ist größer als die Verbindbarkeit in den
Lamellen in den x und y Richtungen, wodurch anisotrope
Eigenschaften für den 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper erzielt
werden. Die elektromechanischen Eigenschaften des anisotropen 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper sind ähnlich denjenigen, die von
den 1-3 Verbindbarkeits-Verbundkörpern aufgewiesen werden, die
gegenwärtig in medizinischen Ultraschall-Anwendungen und
Sonarhydrophonen verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung ist die Struktur des Verbundkörpers
nicht zufällig in den drei Dimensionen, sondern besteht aus
einer keramischen Phase von Lamellen, die im wesentlichen
parallel zueinander sind, obwohl sie in drei Ebenen miteinander
verbunden sind. Die anisotropen Materialcharakteristiken des
Verbundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung treten auf, weil
die Lamellen der keramischen Phase des anisotropen 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörpers im wesentlichen parallel zueinander
ausgerichtet sind. Der Begriff "im wesentlichen parallel", wie
er hier verwendet wird, bedeutet, dass die Lamellen gemäß der
vorliegenden Erfindung eine bestimmte Orientierung relativ
zueinander haben, die nicht zufällig ist und die eine Richtung
favorisiert, wie es durch Fig. 2 gezeigt ist. Ferner sorgt die
dielektrische Konstante des Verbundkörpers für einen Beweis der
Ausrichtung der Lamellen in einer favorisierten Richtung. Diese
anisotropen Materialcharakteristiken, die von der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, machen sie
überlegen gegenüber denjenigen Vorrichtungen, die aus isotropen
3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörpern aus der gleichen oder
ähnlichen chemischen Zusammensetzung gemacht sind. Obwohl also der
erfindungsgemäße Verbundkörper 3-3 Verbindbarkeit hat, weist er
elektromechanische Eigenschaften auf, die einem 1-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper ähnlicher sind, und somit ist er ein
anisotroper 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper.
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Der anisotrope 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper gemäß
der Erfindung wird dadurch hergestellt, dass eine gesinterte
keramische Vorform mit im wesentlichen parallelen Lamellen
gebildet wird, die später durch eine andere Phase infiltriert
wird. Die keramische Vorform wird aus einem Brei von
keramischen Teilchen, Wasser, und einem Dispergierungsmittel
hergestellt, der durch Gefriertrocknen direktional verfestigt wird.
Ein Gel kann ebenfalls verwendeVwerden. Als eine Folge des
Gefriertrocknens werden im wesentlichen parallele Lamellen aus
festem keramischen Material gebildet. Die somit erhaltene
Vorform wird gesintert, um die keramischen Lamellen zu verdichten.
Die dichte, offen-strukturierte Keramiklamellen-Vorform wird
dann mit einer Infiltrierphase getränkt und kann wärmebehandelt
werden, um den Verbundkörper zu bilden.
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Ein bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
ein Wandler, der einen anisotropen piezoelektrischen 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper aufweist. Der anisotrope,
piezoelektrische 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper kann aus irgendeiner
wechselseitig kompatiblen Kombination von einer
piezoelektrischen Keramik und einem anderen Material hergestellt werden.
Der Fachmann würde eine Keramik und eine Infiltrierphase
wählen, die, wenn sie in Kombination verwendet werden, die
gewünschten Materialeigenschaften erzielen, wie beispielsweise
Dickenkopplungskonstante, dielektrische Konstante, Dichte und
spezifische akustische Impedanz. Zu Darstellungszwecken enthält
ein besonders vorteilhafter anisotroper piezoelektrischer 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper zur Verwendung in
elektromechanischen Vorrichtungen eine Bleizirkonattitanat (PZT)-
Lamellenkeramikphase und eine Urethan-Zwischenlamellen-
Infiltrier-Polymerphase.
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Da der anisotrope piezoelektrische oder
elektrostriktive 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper gemäß der Erfindung
verbesserte elektromechanische Kopplungskonstanten und spezifische
akustische Impendanz gegenüber anderen Vorrichtungen aufweist,
die isotrope 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper verwenden, kann
der anisotrope 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper in Wandlern
für medizinische Ultraschall-Anwendungen benutzt werden, wo ein
zunehmender Bedarf für verbesserte Auflösung und
Bildgebungsbereich besteht.
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Der räumliche Maßstab und die chemische Zusammensetzung
des anisotropen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörpers beeinflussen
die Materialeigenschaften der Vorrichtung. Der Begriff
"räumlicher Maßstab" bezieht sich auf die Breite des
Zwischenlamellenbereiches, welches die Infiltrierphase (siehe Fig. 1b) und
auch die Breite von den Lamellen ist, die die keramische Phase
bilden (siehe Fig. 1a). Der erzielbare räumliche Maßstab von
anisotropen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörpern ist feiner als
der räumliche Maßstab, der gegenwärtig in 1-3 Verbindbarkeits-
Verbundkörpern erzielbar ist, und als solche arbeiten
elektromechanische Vorrichtungen, die aus dem anisotropen 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebaut sind, bei höheren Frequenzwerten.
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Die Breite des Zwischenlamellenbereiches kann etwa 500
Mikron oder weniger betragen, bevorzugter beträgt die Breite
etwa 100 Mikron oder weniger und am vorteilhaftesten ist es,
wenn die Breite etwa 10 Mikron oder weniger beträgt. Zusätzlich
kann die Breite von den einzelnen verbundenen Lamellen etwa 200
Mikron oder weniger betragen. Es ist bevorzugter, wenn die
Breite der verbundenen Lamellen etwa 50 Mikron oder weniger
be
trägt, und am stärksten bevorzugt ist es, wenn die Breite der
verbundenen Lamellen etwa 5 Mikron oder weniger betragen kann.
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Die Zusammensetzung des anisotropen 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörpers besteht aus etwa 5 Volumenprozent bis etwa
80 Volumenprozent Keramik und von etwa 20 Volumenprozent bis
etwa 95 Volumenprozent Infiltrierphase. Eine bevorzugte
Zusammensetzung besteht aus etwa 5 Volumenprozent bis etwa 60
Volumenprozent Keramikmaterial und von etwa 40 Volumenprozent bis
etwa 95 Volumenprozent Infiltrierphase. Eine am stärksten
bevorzugte Zusammensetzung besteht aus etwa 5 Volumenprozent bis
etwa 30 Volumenprozent Keramik und von etwa 70 bis etwa 95
Volumenprozent Infiltrierphase. Der Fachmann wird die
Volumenprozente der Keramik und den räumlichen Maßstab wählen, die die in
der Anwendung gewünschten Materialeigenschaften erzielen.
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Die Erfindung kann auch dahingehend beschrieben werden,
dass sie eine einen anisotropen 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper aufweisende elektromechanische Vorrichtung ist, die eine
spezifische akustische Impedanz von etwa 20 MRyal oder weniger,
eine Dickenkopplungskonstante größer als etwa 0,4 und eine
planare Kopplungskonstante kleiner als etwa 0,4 hat. Eine
bevorzugte spezifische akustische Impedanz der vorliegenden
Erfindung beträgt etwa 15 MRyal oder weniger.
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Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung
weiter.
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Beispiel 1: Es wurde ein Wandler mit einem anisotropen
piezoelektrischen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper mit
Abmessungen von 1,4 cm · 2,0 cm · 0,10 cm mit einer chemischen
Zusammensetzung von etwa 60 Volumenprozent PZT-5H Keramik und
etwa 40 Volumenprozent Polyätheraminoepoxid hergestellt. Die
Breite der Lamellen reichte von etwa 10 Mikron bis etwa 80
Mikron, während die Breite von dem Zwischenlamellenbereich von
etwa 10 Mikron bis etwa 50 Mikron reichte. Es wurde ein zweiter
Wandler aus 100% PZT-5H Keramik ähnlicher Größe hergestellt.
Messungen der Materialeigenschaften wurden für beide Wandler
durchgeführt. Vergleichsdaten zwischen der Keramik und dem
Verbundkörper sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Die Mikrostruktur des PZT-5H Epoxidverbundkörpers ist
in den Fig. 3a und 3b gezeigt. Die im wesentlichen parallele
Lamellenanordnung der Keramikphase kann aus dem Kantenschnitt
in Fig. 3a gesehen werden. Die laterale Verbindbarkeit der
keramischen Phase ist vermindert.
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Die planare Kopplung in dem Wandler, der aus dem PZT-
5H-Epoxidverbundkörper hergestellt ist, ist verkleinert im
Vergleich zu der planaren Kopplung in dem Wandler, der aus 100%
PZT-5H Keramik hergestellt ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
Eine Reihe von periodischen Resonanzen ist deutlich sichtbar in
dem 100% PZT-5H-Keramikwandler aufgrund der niederfrequenten
lateralen Moden, die in dem PZT-5H-Epoxidverbundkörperwandler
im wesentlichen fehlen.
Tabelle 1
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Beispiel 2: Es wurden 10 Proben des anisotropen 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper hergestellt. Die keramische Phase
war PZT-5H und die Infiltrierphase war Polyätheraminoepoxid. Es
wurden Materialeigenschaften der Proben gemessen, wie es unten
in Tabelle 2 angegeben ist.
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Der typische Wert der dielektrischen Konstanten (K&sub3;&sub3;T)
von einem isotropen 60 Volumenprozent PZT-5H 3-3
Verbindbar
keits-Verbundkörper beträgt etwa 600 bis 1000. Für einen
isotropen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper gilt log K&sub3;&sub3;T =
log K&sub3;&sub3;V&sub1; + V&sub2; log K&sub3;&sub3;T2 wobei V und K&sub3;&sub3;T die Volumenprozente und
die dielektrische Konstante der Phase 1 bzw. 2 sind. Da ein 3-3
Verbindbarkeits-Verbundkörper sich Von isotrop nach anisotrop
ändert, ändert sich die dielektrische Konstante so, dass K&sub3;&sub3;T =
V&sub1; = - K&sub3;&sub3;T&sub1; + VZ K&sub3;&sub3;TZ ist, wenn die am stärksten anisotrope
Anordnung der Lamellen und des Zwischenlamellenbereiches
auftritt. Somit zeigen die Werte der dielektrischen Konstante
(K&sub3;&sub3;T) der Proben, die aus dem anisotropen 3-3 Verbindbarkeits-
Verbundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt
sind, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, einen Anstieg in der
dielektrischen Konstante des Verbundkörpers, was die im
wesentlichen parallele Anordnung der Lamellen anzeigt.
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Zusätzlich zeigen die Dickenkopplungskonstante (kt) und
die spezifische akustische Impedanz (Z) eine verbesserte
Leistungsfähigkeit der elektromechanischen Vorrichtungen, die aus
dem anisotropen 3-3 Verbindbarkeits-Verbundkörper gemäß der
Erfindung hergestellt sind.
Tabelle 2