Главная  Пьезоэлектрический резонатор 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38]

14° с. Размеры рабочей камеры: диаметр 360 мм, глубина 290 мм,] Габаритные размеры шкафа 600X470X395 мм. Масса 30 кг.

Электрическая схема термостата приведена иа рис. 5.2, где / - трансформатор накала, 2 - сигнальная лампа, 3 - контакт-ные пластины терморегулятора, 4 - кенотрон, 5 - кoндeнcaтof 6 - электромагнитное реле, 7-нагревательная обмотка.

-под


Рис. 5.2. Электрическая

схема термостата

Более современные термостаты имеют устройство для поддер--жания постоянства установленной температуры с точностью 0,5° С. Колебания температуры в рабочем объеме термостата менее ГС.

Вакуумная откачная установка. Предназначена для получения и измерения вакуума в баллонах, напаянных на стеклянный вывод, или в пространстве, «аходяшемся под уплотненным стеклянным колпаком.

-Максимальная температура рабочей зоны откидной электрической печи +450° С, габаритные размеры рабочего пространства печи 300X160X300 мм. Для контроля температуры рабочего пространства печи имеется термометр. Предельный вакуум с ловушкой, охлаждаемой жидким азотом, 0,9-10 Па. Измерение вакуума в откачиваемом объекте производится вакуумметром.

Схема вакуумной системы позволяет напаивать резонатор, предназначенный к откачке, при горячем паромасляном насосе, сохраняя в ием вакуум, и предварительно откачивать этот резонатор, минуя паромасляный насос.

Наибольшая температура наружных стенок печи не превышает 80° С.

5.3. ВАКУУМНАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ СЛОЯ МЕТАЛЛА

В процессе вакуумной металлизации для нанесения электродов можно использовать как серебро, так и золото. Золото легко испаряется, обладает хорошей проводимостью, высокой стойкостью к химическим воздействиям и в связи с этим высокой долговременной стабильностью частоты. При нанесении золотых электродов на поверхность элементов прецизионных резонаторов последние приобретают высокую долговременную стабильность, достигаюшук> 146

1-10- и менее в сутки. Использование золота ограничивается наряду с высокой стоимостью причинами, изложенными в § 5.1.

Рассмотрим процесс возгонки серебра как чаще встречающийся. Процесс возгонки золота ничем не отличается от него.

Установка для вакуумной металлизации кристаллических элементов описана в § 5.2. Прямоугольные и квадратные элементы перед металлизацией подвергают травлению, поэтому на элементах любой частоты оставляют одинаковый припуск по толщине для металлизации. Количество распыляемого в установках серебра одинаково для всех частот и заранее определено. Круглые высокочастотные элементы не подвергаются травлению перед металлизацией. Это объясняется тем, что затруднена достаточно качественная промывка тонких элементов, необходимая перед травлением. Поэтому после предварительной группировки этих элементов по толщине приходится для каждой группы подсчитывать число отрезков серебра N, которое необходимо помещать в испарите- -ли.

Элементы возбуждаются в кварцевом генераторе. Для этого их кладут на металлический круглый электрод «пятачок», сверху накладывают другой электрод. Оба электрода соединены со схемой генератора. Частота элементов до металлизации должна быть

/доводки = /ном ~Ь (2 i 0,5) /hom/S,

где /ном - номинальная частота элемента, кГц; 2±0,5 - допуск шлифовки (доводки) на металлизацию, мм; s - толщина элемента, мкм.

При соблюдении этого равенства производится нормальное серебрение, т. е. вакуумное испарение серебра, из расчета 2,5 отрезка проволочного серебра массой 1 мг каждый на один испаритель (лодочку). Если частота элемента до металлизации /доводки превышает /доводки, то число отрезков серебра увеличивают пропорционально отношению /доводки к /ном.

Пример. Дано fH0M = 8 МГц; «=208 МКМ; /доводки~8100 кГц.

Получаем

/довэдки = 8000 + 2-8000/208 = 8077 кГц.

В этом случае 2,5 отрезка серебра на один испаритель (или 15 отрезков на «торону) соответствуют уменьшению частоты элемента на 77 кГц. Надо определить, какое число отрезков серебра требуется поместить в испарители, чтобы это соответствовало уменьшению частоты элемента на 100 кГц.

Составляем пропорцию и находим число отрезков JV на сторону: N-20.

Число отрезков серебра N, необходимое для металлизации кристаллических элементов, можно вычислить также по эмпирической формуле

л/=loд /

Где / - основная частота элемента, МГц, А/ - плюсовое отклонение основной частоты элемента от номинального значения, кГц; - коэффициент, меняющийся в зависимости от типа среза.



Пример. Дано. /=20 МГц, 1Д/=600 кГц. Число отрезков серебра на одн сторону V=15.

В ОДИН испаритель допускается помещать для распыления н более пяти отрезков серебра. (Общее количество распыленного серебра на одну сторону должно быть не более 30 мг.) Если предварительно замеренная частота элементов превыщает необходимый допуск, то такие элементы бракуются по частоте.

Кристаллические элементы, подлежащие металлизации, могут быть с хромовой подложкой, т. е. с предварительной металлизацией хромом, или без нее. Перед металлизацией элементов с хромовой подложкой приготовляют порощок металлического хрома (хром металлический - 0,042 г, сода кальцинированная - 10 г, вода дистиллированная-100 г). Первоначально кристаллические элементы обезжириваются.

Из предварительно промытой серебряной проволоки диаметром 0,8 мм нарезаются отрезки длиной 4 мм.

Кристаллические элементы металлизируются сначала по торцам. Для этого их закладывают в подобранные по размеру кассеты, которые устанавливают в кассетодержателях под колокол вакуумной установки. В вольфрамовые лодочки помещают хром, а в щесть танталовых лодочек - серебро. Далее производят металлизацию в последовательности, указанной в § 5.2 при описании работы вакуумной установки. При этом сначала подогревают вольфрамовые лодочки и испаряют хром, затем производят дополнительную откачку воздуха до давления (0,13-0,39)10" Па и включают подогрев танталовых лодочек для испарения серебра.

После металлизации торцов кристаллические элементы перекладывают в другие кассеты для металлизации их по плоскости. Заряженные кассеты размещают в кассетодержателях (в каждую ячейку ставится заглушка, предохраняющая неметаллизнруемую плоскость от запыления в процессе металлизации) и устанавливают под колокол вакуумной установки. В вольфрамовые лодочки раскладывают равномерно 2,5 мг хрома, а в танталовые лодочки - отрезки серебра по специальному расчету. Сначала испаряется хром, образуя на кристаллических элементах хромовую подложку, потом серебро. В результате диффузии хрома в кварц и серебро последнее прочно соединяется с поверхностью кварца через подложку из хрома. Металлизацию обеих плоскостей элементов производят поочередно.

После металлизации элементы проверяют по частоте. Одновременно проверяют качество вакуумного серебрения: слой серебра должен быть однородным, непрозрачным.

Далее производят гальваническое закрепление слоя серебра. Для этого элемент, зажатый в пинцет по граням, погружают в никелевый электролит (никель сернокислый - 20 г, соль глауберова - 7 г, магний сернокислый - 2 г, борная кислота - 3 г, спирт-ректификат - 30 г, вода дистиллированная - 1 л) с температурой 148

50-60° С на 5-30 с в зависимости от частоты элемента (при этом пинцет все время соприкасается с никелевым электродом). Фарфоровый стакан с электролитом подогревают на плитке специальной конструкции. Плотность тока должна быть 5-8 мА/см. Окончательная подгонка частоты никелированием или серебрением производится на последующих операциях. Избыток никеля может оыть удален с элемента чернильной резинкой, после этого элемент тщательно промывают в спирте. Толщина гальванического покрытия никелем 1 мкм. На данной операции гальваническое закрепление производится с плюсовым допуском по частоте 0,2%.

При гальваническом закреплении слоя серебра в цианисто-се-ребряном электролите элементы погружают в электролит на 2- 5 с по описанной выше методике.

Элементы после закрепления должны быть покрыты сплошным-![Лотным слоем серебра, без вздутий и шероховатостей. Серебро-ие должно отслаиваться. Не допускаются желтые подтеки и полосы. Тщательное обезжиривание и промывка - обязательное условие качественной металлизации элементов. Слой серебр и хрома,, если это необходимо, снимают с элементов последовательным их кипячением в течение 3-4 мин сначала в азотной кислоте, затем в растворе хромпика до полного растворения серебра и хрома.-После этого каждый элемент протирают и промывают в подогретом до температуры 40-50° С аммиачном растворе и в дистиллированной воде.

Подготовительные операции предварительного обезжиривания и промывки элементов с «ожженными точками и полированных элементов одинаковы (см. § 5.6). Шлифованные элементы с пожженными точками перед металлизацией протирают раствором зубного порошка (сметанообразный раствор зубного порошка в дистиллированной воде), затем промывают и кипятят в дистиллированной воде 2-3 мин. Полированные элементы промывают каж-1ЫЙ в отдельности и также кипятят в дистиллированной воде.

Кристаллические элементы подвергаются отжигу одновременно с вжиганием точек. Если необходимо произвести дополнительный отжиг для уплотнения металлического слоя или очистки поверхности от остатков абразива, то элементы устанавливают на керамические подставки так, чтобы металлизированные поверхности не касались керамики. Подставки с элементами устанавливают в Муфельную печь. Температура муфельной печи в течение одного-Часа поднимается до --200° С. При этой температуре элементы, Выдерживают в течение 30 мин. Затем муфельную печь выключа-от я дают ей остыть до температуры 60-70° С. После этого элементы вынимают из печи. Золоченые элементы отжигают при температуре -f300° С, охлаждение производится до температуры 50- 60° С. Если кварцевые элементы протравливаются в плавиковой кислоте, отжиг их поверхности не обязателен. Металлизированные Элементы оберегают от царапин и загрязнения, обертывая каждый Папиросной бумагой.



5.4. ХИМИЧЕСКАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСК1 ЭЛЕМЕНТОВ И ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ СЛОЯ МЕТАЛЛА

Целый ряд кристаллических элементов металлизируется мето-.дом химической металлизации. Он дает менее плотное покрытие. Этим методом выгодно металлизировать мелкие партии элементов и элементы нестандартных контурных размеров, для которых экономически иецелесообразно изготовлять кассеты. Наконец, ре-шающими являются требования к параметрам пьезоэлементов и уход частоты по старению (уход частоты во времени). Менее жесткие требования допускаются при Х1Имической металлизации !кристаллических элементов срезов xys/~\-5°, xys/-18°30 и некоторых других.

Для процесса химического серебрения используются два исходных раствора: раствор № 1 - основной раствор, содержащий • серебро, и раствор № 2 - восстановитель серебра. Раствор № 1 состоит из дистиллированной воды, в которой растворены 13,3 г/л азотнокислого серебра (AgNOs), 3-5 мл/л аммиака водного (nh4oh) и 10 г/л едкого натра (NaOH). Раствор № 2 содержит дистиллированную воду, в которой растворены 50 г/л сахара-рафинада и 2-3 г/л серной кислоты. Спирт-ректификат не добавляется, так как в растворе содержится малое количество сахара и брожение его не возникает.

Приготовление раствора № 1. В колбу емкостью 1000 мл наливают 100 мл дистиллированной воды, в которой растворяют 13,3 г азотнокислого серебра, затем по каплям подливают аммиак водный до растворения выпадающего вначале беловато-бурого осадка окиси серебра (Ag20). Избыток аммиака отрицательно влияет на процесс химического серебрения кристаллических элементов. В отдельной колбе растворяют в 100 мл дистиллированной воды 10 г едкого натра (NaOH). После охлаждения до комнатной температуры раствор вливают в первую колбу с аммиачным серебром, при этом образуется белый осадок гидроокиси серебра. Для его растворения добавляют несколько капель аммиака. Полученный раствор доливают дистиллированной водой до 1 л. Этот раствор хранится в темной бутыли.

Приготовление раствора № 2. В плоскодонную колбу емкостью 2000 мл наливают 1000 мл дистиллированной воды и прибавляют 10-20 капель серной кислоты (плотность 1,84). После нагрева раствора до --60° С добавляют 50 г сахара-рафинада и раствор кипятят 5 мин., затем охлаждают до комнатной температуры.

Предварительно перед металлизацией производят обезжиривание кристаллических элементов. Элементы с вожженными точками серебра кипятят в водном растворе аммиака, затем промывают в течение 5 мин. После этого элементы кипятят в дистиллированной воде, трижды меняя ее. Элементы без вожженных точек серебра обезжиривают в хромовой смеси, промывают в горячей проточной воде в течение 5 мин и затем в водном растворе аммиа-150

ка и кипятят в дистиллированной воде. Простой способ определения качества обезжиривания состоит в том, что элементы смачи-зают водой, и если вода полностью не скатывается с них, то процесс обезжиривания и промывки надо повторить.

После тщательного обезжиривания элементы поступают на химическое серебрение. Их заливают раствором № 1 из расчета /5 мл на 0,15 дм поверхности элементов, нагревают до температуры 20-25° С 1и при непрерывном помешивании добавляют раствор № 2, соблюдая между растворами № 1 и № 2 пропорцию 3:1. При этом температура раствора не должна быть ниже 20-25° С Чашку с раствором и погруженными в него элементами покачи-нают вручную до момента, когда раствор примет бурый оттенок. Затем элементы промывают в проточной воде.

Пластины срезов xys/-\-5°, xys/-\S°30\ yxl/-51° следует серебрить для полного покрытия три раза, а элементы срезов г/л; --35°,. ху - два раза.

После химического серебрения производят гальваническое закрепление слоя серебра. Элементы помещают в гальваническую-яанну с электролитом. Допустимая сила тока определяется опытным путем исходя из площади металлического покрытия и плотности тока. При большей силе тока поверхность металлизированного покрытия темнеет.

Время выдержки элементов в электролите определяется их частотой. Общая толщина покрытия элемента состоит из толщины хи-.мпческого покрытия 1-3 мкм и толщины гальванического покрытия 0,5 мкм и равна 1,5-3,5 мкм.

После гальванического закрепления элементы промывают горячей дистиллированной водой.

Элементы сушат между листами фильтровальной бумаги илге в термостате с температурой --100°С. Затем для получения изолированных электродов на шлифшайбе или стекле с помощью абразивного порошка разрывают слой серебра на гранях элементов. Качество поверхности проверяют в отраженном свете и под лупой? двух-, трехкратного увеличения.

Химическая металлизация кристаллических элементов с вож-женнымн точками принципиально ничем не отличается от метал-1изации элементовбез вожженных точек. Для металлизации элементов без «ореолов» (темных ободков вокруг мест припайк» струн) вокруг вожженных точек элемента следует, как и при ва-<Уумной металлизации, протирать каждую точку сметанообраз-ным раствором зубного порошка в дистиллированной воде. Протирку производят жесткой зубной щеткой с последующей промывкой.

Предложенный нами раствор для электролита применяется для» "альванического закрепления слоя серебра на элементах.

Для изготовления электролита применяется сернокислое се-Ребро. Сернокислое серебро, взаимодействуя с йодистым калием,. Образует устойчивое соединение - йодистое серебро. Состав электролита: серебросернокислое чистое - 20-25 г/л; йодистый ка-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38]

0.0008