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Kundenspezifische Ultraschallwandler auf Basis von 1-3-Piezokompositen

Paper präsentiert auf der DGZfP-Jahrestagung Zerstörungsfreie Materialprüfung, Leipzig, 7.-9.5.2018
 
: Hohlfeld, Kai; Neumeister, Peter; Neubert, Holger; Gebhardt, Sylvia

:
Volltext urn:nbn:de:0011-n-4946038 (2.0 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 541b0f084514d7d54231ff1c57d445bb
(CC) by-nd
Erstellt am: 5.6.2018


2018, 7 S.
Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP Jahrestagung) <2018, Leipzig>
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG
SFB/TR 39 PT-PIESA-SFB/TR 39; SFB/TR 39 TP A01
Fertigungstechnologien für integrierbare piezoelektrische Funktionskomponenten
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG
SFB/TR 39 PT-PIESA; SFB/TR 39 TP TB K04
Entwicklung integrierter einzelfaserbasierter Ultraschallwandler für die 3D-Ultraschall-Computertomographie (3D-USCT)
Deutsch
Vortrag, Elektronische Publikation
Fraunhofer IKTS ()

Abstract
Piezoelektr. US-Wandler auf Basis von Piezokeramik-Polymer-Verbundwerkstoffen finden in Sonaren, in Systemen zur Bauteilüberwachung und zerstörungsfreien Werkstoffprüfung sowie in der Medizintechnik Einsatz. Gewöhnlich werden US-Wandler als 1-3- Piezokomposite ausgelegt, bei denen die Piezokeramik stäbchenförmig in einer und die Matrix in drei Raumrichtungen ausgeprägt ist. Damit erreichen sie gegenüber Vollkeramik überlegene Eigenschaften hinsichtlich mechan. Stabilität, elektromechan. Kopplung und akust. Impedanz. Die Verwendung von piezokeram. Fasern und Perlen als Basiskomponenten ermöglicht dabei auf den Anwendungsfall zugeschnittene US Wandler mit hoher Frequenzbreite. Am Fraunhofer IKTS steht eine leistungsfähige Spinntechnologie zur Herstellung dichter piezokeram. Fasern (d = 100-800 μm) sowie Perlen (d = 0,8-1,6 mm) zur Verfügung. Zum Aufbau piezoelektr. Komposite werden diese in Polymermatrizes eingebettet. Je nach Applikationsfall lassen sich über gezielte Auswahl und Anordnung der Komponenten, 3DBearbeitung der Komposite sowie strukturierte Abscheidung von Elektroden die Wandlereigenschaften einstellen. Faserbasierte 1-3-Piezokomposite mit Arbeitsfrequenzen von 40 kHz ≤ f ≤ 8 MHz werden durch die Infiltration von Faserbündeln mit Polymer realisiert. Aufgrund der quasi uneingeschränkten Faserlänge bzw. Wandlerdicke kann die Resonanzfrequenz der Dickenschwingung in einem breiten Spektrum angeboten werden. Durch eine regellose Anordnung der Fasern im Komposit werden unerwünschte Quermoden vermieden. Für den Einsatz in einem 3D Ultraschall-Computertomografie-System wird eine Vielzahl (ca. 2000 Stück) von US-Wandlern mit einem Durchmesser d = 460 μm und 2 MHz Betriebsfrequenz in einer spezifischen Anordnung benötigt. Dies gelingt durch die gezielte Platzierung und individuelle Ansteuerung von Einzelfasern in 1-3-Piezokomposit-Wandlern. Zur Umsetzung eines fokussierenden US-Wandlers werden piezokeramische Perlen halbkugelförmig angeordnet und vergossen. Nach Abschleifen der Kompositoberfläche und Metallisierung liegt ein Halbschalen-Wandler mit zentrisch angeordneten Piezoelementen vor, der eine natürliche Fokussierung zulässt. Ergebnisse zu dielektr., elektromechan. und akust. Eigenschaften der US-Wandler werden detailliert dargestellt und diskutiert.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-494603.html