초음파 진동자(고 출력 BLT) 제작 방법 - 1회

1. 소재(피에조 세라믹) 선정 기준
● 고출력 초음파 진동자(Transducer)를 제작에는 Hard Piezoceramic material을 사용하는 것이 중요
● Hard Piezoceramic material의 기계적 품질계수 Qm은 1000 이상
● 분극(Polarization)된 성능에 따라서도 큰 품질의 차이가 발생되므로 인가 할 수 있는 최대 DC전압을 걸어 최대의 분극장(Polarization Field)을 형성해야 된다. 분극을 할 때에는 DC 고 전압을 오랜 시간동안 인가하고, 실리콘 오일(혹은 다른 절연 물질)속에서 온도를 높게 유지한다. 이렇게 하면 일정 시간 후에 외부에서 가해진 전기장의 방향에 따라서  내부의 쌍극자(Dipole)들이 정렬된다. 정렬된 상태를 유지하기 위해서는 분극장이 유지된 상태에서  실리콘 오일의 냉각을 자연적으로 최소 24시간 이상 동안 이루지게 하여야 한다. 만약 냉각 시간을 단축하기 위해 인위적인 방법으로 빠르게 냉각시키면 조립된 진동자(BLT)의 최대 출력이 낮아집니다.

2. 고 출력 BLT 제작에 적합한 압전소자(Piezoceramic) 요소
● 유전상수(Dielectric constant): 보다 큰 값
● 정전용량(Capacitance): 보다 큰 값
● 압전 d정수(d33): 보다 큰 값
● 기계적 품질계수(Qm): 최소한 1000 이상의 보다 큰 값
● 큐리온도(Curie Temperature): 보다 높은 온도 값
● 소자의 입자크기가 균일하고 작은 것
● 소성 후 기공이 적은 것

 

3. 전극 선정
● 재질은 니켈(99%이상), 냉간압연 제품(열처리를 하지 않은 것이 좋음)
● 재질을 베릴늄(Beryllim)합금을 사용하는 경우에는 니켈 경질도금 처리로 도금 두께는 약 5 ~ 10㎛
● 표면 경도: 100HV ~ 140HV
● 두께: 약 0.25mm
● 평탄도: 극도로 평탄하여야 함.
● 거칠기: 경면 처리로 밝게 빛나야 함.

압전소자와 접촉되는 모든 물체의 표면 다음과 같은 사항들에 대하여 가능한 범위 내에서 최대한 만족하여야 한다.
 - 접촉 표면적을 극대화 할 것
 - 기계적인 결합상태가 음향의 진동을 잘 전달 될 수 있을 것
 - 열전도성이 좋을 것
 - 표면 전기 저항이 매우 낮을 것
 - 내열 저항이 매우 낮을 것
 - 수평의 방사의 방향으로 낮은 마찰력과 유연성이 좋을 것
 - 음향 진동 상태에서 매우 긴 피로수명을 갗을 것
 - 표면 부식이 잘 안 될 것