thesis

Etude et réalisation de sources acoustiques de puissance en composite piézoélectrique 1. 3 pour applications thérapeutiques

Defense date:

Jan. 1, 2003

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Institution:

Lyon, INSA

Disciplines:

Acoustics

Authors:

Directors:

Abstract EN:

1-3 piezocomposites were investigated for power ultrasonic applications in the therapeutic medical domain. When the composites were cured at a high temperature, strong induced thermo-mechanical stresses were clearly observed and estimated. At low level, the fabricated composites showed a good reproducibility in terms of sensitivity and bandwidth. When the instantaneous power density is increased with low duty cycle, the best composite configuration shows a 90% efficiency up to 50W/cm². It is made with a Navy III PZT (P189) and an epoxy resin cured at 120°C. Under high average power, the thermal destruction of composites was analyzed. According to the proposed hypothesis, the PZT mechanical loss increase due to the relaxation of the thermo-mechanical stress would be a limiting point in the composite working stability. A transducer made with 50% of PZT P189 and a resin can be operated up to 40W/cm² of average power density at 500kHz without any thermal breakdown.

Abstract FR:

Des piézocomposites 1. 3 ont été étudiés pour l'émission d'ultrasons de puissance. Pour les composites réticulés à haute température, de fortes contraintes thermomécaniques ont été mises en évidence. A bas niveau, les composites réalisés présentent une bonne reproductibilité en termes de sensibilité et de bande passante. En augmentant la densité de puissance instantanée avec une émission à faible rapport cyclique, la meilleure configuration est obtenue avec un PZT dur (P189) et une résine réticulée à 120ʿC. Sous forte puissance, la destruction des composites par avalanche thermique est analysée. Selon l'hypothèse proposée, une augmentation des pertes mécaniques du PZT provoquée par la relaxation de la contrainte thermique est une limite pour le fonctionnement du composite. Un transducteur à base de 50% de PZT P189 et d'une résine avec des pertes mécaniques diminuant la température, a permis d'atteindre des densités de puissance de 40W/cmø à 500kHz sans destruction du transducteur.