Kwartsmaterialen

Kwarts, een zeer belangrijk piëzo-elektrisch materiaal, is momenteel het meest gebruikte kristal en een cruciaal elektronisch materiaal. Hoewel het dezelfde chemische samenstelling heeft als siliciumdioxide (SiO2), verschilt kristalkwarts van gesmolten kwarts en gesmolten silica, die geen oriëntatie hebben omdat het geen kristallijne materialen zijn.

Kristalkwarts heeft een enkele kristalstructuur gevormd door een hexagonaal systeem van 32 puntgroepen, wat de symmetrische vorm op macroscopische schaal weerspiegelt. Kwarts kristallen vertonen birefringentie, maar dit fenomeen treedt niet op wanneer licht binnenvalt langs de Z-as, die dus bekend staat als de optische as van kwarts.

Wanneer het kristal wordt blootgesteld aan een elektrisch veld, genereert het spanning en vervormt het, wat leidt tot mechanische trillingen en het produceren van een specifieke frequentie. Kwartskristalresonatoren worden vervaardigd door gebruik te maken van deze eigenschappen van het omgekeerde piëzo-elektrische effect. Afhankelijk van de snijhoek vertoont kwarts gewoonlijk verschillende trillingswijzen: lengteverlengingstrilling, buigingstrilling, vlakschuivingstrilling en dikteschuivingstrilling.

Hydrothermische groei van kwarts:

1. De autoclaaf wordt tot een vooraf bepaalde factor gevuld met water plus mineralisator (NaOH of Na2CO3).
2. De baffle lokaliseert de temperatuurgradiënt zodat elke zone bijna isotherm is.
3. De zaden zijn dunne plakjes van (meestal) Z-gesneden enkelvoudige kristallen.
4. De voedingsstof bestaat uit kleine (~2½ tot 4 cm) stukjes éénkristalkwarts (“lascas”).
5. De temperaturen en drukken zijn meestal ongeveer 3500C en 800 tot 2000 atmosfeer; T2 – T1 is meestal 40C tot 100C.
6. De voedingsstof lost langzaam op (30 tot 260 dagen per run), diffundeert naar de groeizone en slaat neer op de zaden.

1.Fysische eigenschappen van synthetisch kristalkwarts

2.Brekingsindex van synthetisch kristalkwarts versus golflengte

3.Kwaliteitsevaluatie van synthetisch kwarts kristal

a) De hoeveelheid kristalfouten en onzuiverheden in synthetisch kwartskristal hangt af van de groeisnelheid, het mineralisatiemiddel en de grondstof. De groeisnelheid heeft een grote invloed op belangrijke eigenschappen zoals de infraroodabsorptiecoëfficiënt α, die correleert met de Q-waarde, en de frequentie-temperatuurkarakteristieken. Hoe hoger de groeisnelheid, hoe hoger α, hoe lager de Q-waarde en hoe minder de frequentie-temperatuurkarakteristieken.

b) De kwaliteitsindex van synthetisch kwarts kristal was oorspronkelijk een Q waarde, en een 5 MHz kwarts kristal unit die werkte in de 5e boventoon modus werd gebruikt om de Q waarde te verkrijgen. Maar het kostte veel werk om de 5 MHz kristalunit te fabriceren, dus werd de index veranderd in de coëfficiënt α in plaats van de Q-waarde.

4.Standaardspecificatie voor synthetisch kwartskristal

a) Jumelage: Er mag geen elektrische of optische twinning in het bruikbare gebied zijn.

b) rek: Zowel binnenin als aan het oppervlak van het zaadkristal en in een gegroeid kwartskristal mag geen rek aanwezig zijn.

c) Scheuren en breuken: Er mogen geen barsten, afbrokkelingen of breuken in het bruikbare gebied zijn.

d) Insluitsdichtheid: De specificatie is in overeenstemming met IEC 60758.

e) Infrarood kwaliteitsindicatie: De specificatie is in overeenstemming met IEC 60758.

f) Dichtheid van het etskanaal: De specificatie is in overeenstemming met IEC 60758.

5.Specificatie voor gelummerd kwartskristal

a) Hoeken:

i. Rotatiehoek van X-oppervlak om Y-as: 00°00’±15′

ii. Rotatiehoek van X-oppervlak rond Z-as: 00°00’±15′

b) Maattolerantie:

i. Langs X- of Z-as: ±0,1 mm

ii. Langs Y-as: ±10 mm

c) Oppervlakteruwheid: zoals aangepast, gelapt en gepolijst zijn beide beschikbaar.