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]

няемые растворители, тем-пературный реж.. jg едисталлг затравки срезы кристалла. Так как кварц при иичны.ч р,, . почти совсем «е растворяется в солях и щаточах, веоОходим. применять высокие температуры и давление для получения удов летворительной растворимости. Только ири соблюдении этих ус ловий возможио выращивание искусственных кристаллов иварца, из раствора. Эти условия, очевидно, весьма сходны с теми условиями, при которых образовался природный кварц. Отметим, что кварц легко растворяется в щелочном растворе углекислого натрия лри температуре около 400°С и при давлении 80-120 МПа.

На рис. 1.10 схематично изображена одна из установок, при-меняющ!ихся в США для получения искусственных кристаллов кварца. Герметически закрытый стационарный вертикальный автоклав цилиндрической формы способен выдерживать высокое внутреннее давление [39]. Автоклав 6 находится в футляре из огнеупорного материала 3. Пространство между футляром и стенкой автоклава запол-няется теплоизолирующим материалом, например асбестом 2. Температура измеряется при помощи термоэлементов /, располож-енных в верхней и нижней частях автоклава.



Рис. 1.11. Искусственный кристалл кварца

Рис. 1.10. Схема аппарата для выращивания искусственных кристаллов кварца

На дно автоклава в качестве исходного материала затружа- ются кусочки натурального измельченного кварца 7, а в верхней части автоклава подвешиваются затравки (их может быть несколько) из природных кристаллов кварца 4, по обе стороны от которых происходит наращивание кристалла кварца. Для изготовления пьезоэлементов используются области кристаллов, расположенные по обе стороиы от затравки. Сама затрав-ка удаляется при разделке кристалла на пьеэоэлементы. В качестве затравок применяются пластины, вырезанные параллельно грани ромбоэдра.

Кпупнрйшие .искусственного кристалла кварца- опреде-

4 .т-ятср *атр,-ки до главных растущих поверхностей, которые раогшл:..гаются параллельно затравке.

Толщина затраики не учитывается при расчете расстояния между главными раст}щими поверхиостями. Для затравок используются также г-срез, перпендикулярный оптической оси Z, срезы .xys/+b° и xysl~\&°30 и др. Главные растущие поверхности кристаллов параллельны этим срезам и имеют бугристый рельеф. Искусственный кристалл кварца показан на рис. 1.11.

Автоклав заполняется -на 807о двухмолярным водным раствором 5 углекислого натрия (NasCOs), герметически закрывается и-ставится в вертикальном положении на нагревательную печь, которая представляет собой металлическую плиту 8 с электроподо-гревателем. Температурный градиент в автоклаве устанавливается таким, чтобы на дне температура была всегда приблизительно на 40°С выше, чем в верхней части автоклава, где расположены затравки. В результате тепловой конвекции растворенный исходный материал переносится в верхнюю часть автоклава с бадее низкой температурой, где происходит рост кристаллов.

Пространство выше шихты из измельченного кварца изотермично, и насыщение в этой части автоклава постоянно, поэтому рост кристаллов происходит приблизительно с одинаковой скоростью. Скорость роста кристаллов в основном зависит от давления,- температуры, перепада температур и заданной ориентации затравок. Обычно скорость роста кристаллов регулируется значением перепада температур. Чтобы получить кристаллы высокого качества, скорость их роста должна равняться примерно 0,5 мм в день на каждую сторону от затравки (приблизительно 15 атомных слоев в секунду). В процессе роста размер кристалла можно контратиравать. Исследование свойств искусственных кристаллов показывает, что с уменьшением акорости роста качество кратсталлов улучшается.

Рост (Кристалла пр-одолжаетоя до полного растворения измельченного кварца на дне автоклава.

1.5. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ РАЗНЫХ СРЕЗОВ

Ориентация срезов относительно кристаллографических (крис-таллофизических) осей кристалла кварца. Кристаллический элемент, вырезанный из кристалла кварца, имеет определенную-ориентацию относительно кристаллографических осей.

Первоначально кристалличешие элементы вырезались перпендикулярно электрической оси X и назывались кристаллическими элементами ,г-среэа. Они были прямоугольной формы, и их длина располагалась вдоль оси Y. Этот срез считался наиболее перспективным, так как пьезоэлектрический эффект в кристаллических элементах, выреза-нных перпендикулярно оси X, выражен наиболее сильно. Вместе с тем кристалличеокие элементы х-среза имеют ряд недостатков - п.то.хую стабильность частоты при из-



менении температуры и ряд нежелательно- .--яи-ьз? .»1ые п НОИ характеристике. Это обусловнло поиски дрУх,и--шейных срезов, число которых ,в настоящее времядостиГи. кольких десятков (рис. 1.12). достигав.


Рис. 1.12. Кристалл кварца с расположением срезов относительно кристаллографических осей X, Y, Z

Условные обозначения срезов кристаллических элементов. Для

«обозначения срезов кристаллических элементов, вырезанных из кристаллов кварца, стандарт вводит понятие «первоначальная орнентация кристаллического элемента». -22

х"*"" ориентацией называется такое положение , .liiyeoSoro элемента, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда по отношению к координатным осям, при котором, все его ребра параллельны этим осям.

На рис. 1.13 показано шесть возможных вариантов первоначальных ориентации кристаллических элементов, имеющих фор му прямоугольных пластин. Буквой R обозначена проекция гра-

Срез



Срезух

Срез гх

Рис. 1.13. Возможные варианты первоначальной ориентации кристаллическиж

элементов

ни большого ромбоэдра на плоскость чертежа, буквой г - проекция грани малого ромбоэдра кристалла кварца на плоскость чертежа; / - наибольшее ребро кристаллического элемента (длина);. - среднее ребро кристаллического элемента (ширина); s -наименьшее ребро кристаллического элемента (толщина). Любое расположение кристаллического элемента относительно осей X, Y, Z .может быть получено путем ряда последовательных поворотов одной из первоначальных ориентации этого кристаллического элемента. Для квадратных и круглых кристалличеоких элементов следует применять расположение, изображенное на рис. 1.14 и-1-15. На рисунках показаны направления условной длины / этих кристаллических элементов. Для кристаллических элементов, имеющих форму брусков квадратного сечения, надо применять рас-



положение, изображенное на рис. 1.16, дде ifo.;a<,--> 3ЛСЛОВП0Й Т0ЛЩ1ИНЫ И шприны этих элементов.

Условное обозначение первоначалвной ориентации кристаллического элемента состоит из двух букв, обозначающих кристаллографические оси, вдоль которых расположен кристаллический элемент. Первая буква показывает, эдоль какой из осей направлена толщина кристаллического элемента, вторая буква -вдоль какой из осей направлена его длина. За толщину принимается] наименьший размер, а за длину -наибольший.


Срез ху

Рис. 1.14. Первоначальные ориентации кристаллических элементов квадратной

формы


Срез ух

•Рис. 1.1Ъ. Первоначальные ориентации кристаллических элементов круглой

формы


Срез ух

Срез ху

Срез XZ

Рис. 1.16. Лервоначальные ориентации кристаллических элементов, имеющих форму брусков квадратного сечения, цилиндров и т. п.

Условное, fffjy

уисталличеокого элемента любого сре-уют углы с кристаллографическими ося-из* обозначения первоначальной ориентации, к которому добавляется одна, две или три буквы (/, Ь, s). Первая

Таблица 1.2

Соез (обозначение по стандарту)

Срез (обозначение для спра- вок)

ух11+?>°

1x11+° ухЦ-" ух11-° ух11-°

yzbl-y" ху

xysl\±a° xysl-a" zybl+y"

У-срез

ДТ (с

оси х) ДТ (с оси г) Х-срез а°Х

-18,5°Х У°Х

длиной длиной

вдоль вдоль

Значение угла поворота

Рис. 1.17

От +34Ж до -Ь35°30 От -1-36°00 до -f 38°00

-t-ЗГ От -1-64 до -i-66° От -47 до -50° От -56 до -58°

-60° От -51 до -54"

От -51 до -54°

От -2 до 4-9°

-18°30 От -2° до -ЬбЗО

б б б б в в в в

д, е е

ж, 3

Таблиц

а 1.3 .

срез (обозначение по стандарту)

Срез (обозначение для справок)

Значение угла поворота (в порядке, соответствующем обозначению среза в первой графе)

Рнс. 1.18

yxlsl+l+а

От -1-51 до -f52° 4-45°

yxlsl+l+a"

ЦТ с поворотом на 45°

От Н-36 до -Ь38° -Ь45°

yxbll+yV-,"

-Ц5° От -33 до -35°

yxbll-y+p

-19°06, -13°54, -23°25 От +33 до 4-35°

Y°=±10°10, Р°=-Ь9°14 Y°=,±10°54, -Р°=-Ь9°45

6. в

От 0 до -t-8°30 От -33 до -50°

От 0 до Ч-8°30 От -50 до -70°



[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]

0.0011