High-temperature integrated and flexible ultrasonic transducers for nondestructive testing

Abstract

Integrated ultrasonic transducers (IUTs) and flexible ultrasonic transducers (FUTs) are presented for nondestructive testing at high temperatures. These transducers are made of sol-gel-sprayed piezoelectric thick (>40 \ub5m) ceramic films. The ceramic materials are lead-zirconate-titanate, bismuth titanate and lithium niobate which are for thickness measurements up to 150, 400 and 800\ub0C, respectively. The IUT can also be deposited onto one end of a long ultrasonic delay line to perform nondestructive testing at the other end at even higher temperatures. FUTs made of bismuth titanate films onto thin stainless steel foils are also used for thickness measurements at 300\ub0C with a high-temperature couplant sandwiched between the FUT and a steel substrate. All experiments at high temperatures were performed in pulse-echo mode and ultrasonic echoes with signal-to-noise ratios above 20 dB were obtained. The center operation frequencies of both IUTs and FUTs range from 4.4 to 10.7 MHz.On pr\ue9sente des transducteurs ultrasoniques int\ue9gr\ue9s (TUI) et des transducteurs ultrasoniques souples (TUS) \ue0 des fins d\u2019essai \ue0 haute temp\ue9rature. Ces transducteurs sont en films c\ue9ramiques \ue9pais (> 40 \u3bcm), pi\ue9zo\ue9lectriques de type sol-gel pulv\ue9ris\ue9. Au nombre des mat\ue9riaux c\ue9ramiques figurent le titanate, le zirconate de plomb, le titanate de bismuth et le niobate de lithium; mat\ue9riaux qui conviennent pour des mesures d\u2019\ue9paisseur jusqu\u2019\ue0 150, 400 et 800 \ub0C respectivement. Les TUI peuvent aussi \ueatre d\ue9pos\ue9s \ue0 une extr\ue9mit\ue9 d\u2019une longue ligne de retard ultrasonique pour r\ue9aliser un essai non destructif \ue0 l\u2019autre extr\ue9mit\ue9 \ue0 des temp\ue9ratures encore plus \ue9lev\ue9es. Les TUS en film de titanate de bismuth sur de fines feuilles d\u2019acier inoxydable sont \ue9galement utilis\ue9s pour des mesures d\u2019\ue9paisseur \ue0 300 \ub0C avec un agent couplant pris en sandwich entre le TUS et un substrat en acier. Toutes les exp\ue9riences \ue0 haute temp\ue9rature ont \ue9t\ue9 r\ue9alis\ue9es en mode impulsion/\ue9cho, et on a obtenu des \ue9chos ultrasoniques avec des rapports signal/bruit sup\ue9rieurs \ue0 20 dB. Les fr\ue9quences centrales d\u2019exploitation des TUI et des TUS \ue9taient situ\ue9es dans la gamme allant de 4,4 \ue0 10,7 MHz.Peer reviewed: YesNRC publication: Ye