[发明专利]多孔压电材料成型体、其制造方法以及使用该成型体的探头

说明书

本发明提供一种多孔压电材料成型体，其非常适合用作压电换能器的构成材料，该压电换能器适合用于医学超声诊断设备的探针。多孔压电材料成型体的特征在于，在每1mm³体积的压电材料中分散形成有1000个以上的平均孔径在2‑70μm的范围的球形孔组，其中，几乎不存在孔径超过50μm的球形孔，并且构成球形孔组的总孔的80体积％以上的孔具有所述平均孔径的±20％以内的孔径。

技术领域

本发明涉及一种用作压电换能器的构成材料的多孔压电材料成型体以及其制造方法，特别是作为压电换能器非常有用的多孔压电材料成型体、其制造方法以及使用该成型体的探头，该压电换能器是用于医疗超声诊断设备中的阵列型探针的主要构成部件。

背景技术

压电材料是一种能够将机械振动(振幅)转换为电信号、将电信号转换为机械振动(振幅)、以及能够将电信号转换为机械振动(振幅)，然后将其反射波转换为电信号，人们已知的压电材料有无机、有机材料。压电材料的代表性应用方式可分为(a)换能器和(b)传感器。然而，它们并非被清晰地分类，而是接近于同义词。

(a)作为通常使用的换能器，可以列举具有内置水晶振荡器的电子水晶钟表(包括腕表的各种钟表)，该水晶振荡器使用人造单晶水晶(石英)压电材料。由于石英钟表利用石英晶体的振动来保持时间，因此与使用发条和齿轮的传统机械钟表相比，获得了显著的精度。

尤其是该换能器的特征在于其被封装于气密性容器中，使得真空环境消除了气体分子对水晶换能器的振动的不利影响，从而提高了精度。

另外，医用超声诊断设备中使用的超声探针具有能够无创地诊断患者的优点，并且对在包括内科、外科手术、眼科等进行的各种诊断中做出了巨大的贡献，并且已经取得发展。

除了使用元件型的多晶压电陶瓷，最近单晶压电材料也被用于超声探针。这些元件的厚度由所使用的压电材料的特定物理性质和振荡频率决定。由于高频带的探头的厚度设计为几十微米至300μm，宽度为厚度的40％至60％，因此需要超精细加工。

(b)作为传感器，无机或有机压电材料被广泛应用于枚不胜举的各种工业领域。例如液位计、交通量和速度检测器、厚度计、鱼群探测器、声纳、流量/流速计、洗衣机、加湿器、焊机、压电泵、打印机、加速度传感器等的各种执行器以及压电点火装置等。

因此，使用于各个领域中的压电材料大致分类如下。

作为单晶压电材料，已知的有水晶，铌酸锂等。最近，作为医用超声诊断设备的探针(探头)，已经开发出单晶压电材料，该单晶压电材料是将添加了微量的所谓驰豫型材料的Mg(镁)和Nb(铌)的元素的铅化合物(PMN)和钛酸铅(PT)的化合物(PMN-PT)和PZT(钛锆酸铅)混合而成的原料通过在高温下长时间生长而获得的单晶(通常称为PMN-PT单晶)。另一方面，作为多晶陶瓷压电材料，钛酸钡、钛酸铅(钛酸锆酸铅、二元系PZT；称为PZT)是众所周知的。最近，在PMN-PT单晶的研究和开发进展及其成果的鼓舞下，已经开发出添加有与PMN-PT相同的弛豫组分的多晶PZT(统称为三元系PZT)，以提高、改善压电特性。特别是鉴于多晶PZT长期以来一直用作工业和医疗领域中应用的压电材料，因此这种趋势使可以理解的。

作为有机压电材料，已知的有聚偏氟乙烯(PVDF)。

这些压电材料的共同点是，除非能够预期到与各种使用目的相对应的压电效果，否则它们无法投入实际应用。

即，在医疗领域，需要高的相对介电常数(εs)、高的机电耦合系数(Kt)、以及大的压电常数(d33)等。

近来，用于医疗超声诊断设备的探针(探头)趋势正在转向使用具有出色压电性能的单晶压电材料的探头。

(1)通过单晶化，确认到了前所未有的压电材料的显著性能改善。即，相对介电常数值非常大、机电耦合系数Kt高、以及压电常数(d33)大等。