การออกแบบและการเตรียมเพียโซอิเล็กทริกอัลตราโซนิคแทรนส์ดิวเซอร์

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