超声换能器是一种能将声信号和电信号相互转化的器件,是超声系统中非常重要的一个部分。超声换能器的核心部件有压电材料、声学匹配层和背衬,而声学匹配层作为一种透声材料,可以实现从压电元件到物体的阻抗过渡,从而大大提高超声换能器的声能透过率和带宽。传统的商业超声换能器中的声学匹配层多为单层,超声波的透射效率不高。本课题试图通过离心的方法制备单层的声学匹配层,继而制备双层和三层声学匹配层,由此来增大传统声学匹配层的透射率,从而提高超声换能器的带宽。同时,由于复合材料领域的蓬勃发展,学者们发现复合材料的设计可以满足声学匹配层的声阻抗要求,所以本课题考虑选用复合材料对梯度声学匹配层进行设计与制备。本课题选用了不同粒径大小、不同填料种类和不同体积分数的填料粉末与环氧树脂基体混合,利用离心的方法,制备了一系列不同声阻抗的声学匹配层。本课题对这些声学匹配层的声速、声阻抗和声衰减规律进行了表征,分析了其变化规律。通过离心法所得到的超声换能器单层声学匹配层的声阻抗范围是3-15MRayl。实验证明了通过离心法制备不同填料种类和不同粒径大小的声学匹配层,可以满足常用声学匹配层的声阻抗范围。本课题在探讨梯度声学匹配层设计的可行性的基础上,利用Piezo CAD软件进行了单层声学匹配层、双层声学匹配层和三层声学匹配层的仿真模拟。仿真结果证明了随着声学匹配层层数的增大,在参数选取合适的情况下,超声换能器的能量利用效率会进一步增大,-6d B带宽会提高。最后,在仿真实验的基础上,本课题对梯度声学匹配层的实物进行了制备,通过实验验证,证实了本课题所制备的包含梯度声学匹配层的超声换能器拥有的更宽的带宽,同时讨论了制作声阻抗渐变的梯度超声换能器的可行性。