Кварцевое стекло – однокристаллический кварц

О однокристаллическом кварце

Основным компонентом кристалла является SiO2, и его структура изменяется с температурой при нормальном давлении. Ниже 573℃ он принимает альфа-кристаллическую структуру кварца, в то время как температуры между 573℃ и 870℃ приводят к образованию бета-кристаллической структуры кварца. У кристалла температура плавления составляет 1750℃. Когда речь идет о пьезоэлектрическом кварцевом кристалле, это обычно относится к альфа-кристаллической структуре кварца.

Обладает пьезоэлектрическими свойствами

Пьезоэлектрический эффект

Некоторые среды поляризованы внутренне из-за внешних механических эффектов (таких как сжатие, растяжение и т.д.), и явление генерации поверхностного заряда называется пьезоэлектрическим эффектом.

Обратный пьезоэлектрический эффект

Когда некоторые среды помещаются в внешнее электрическое поле, эффект электрического поля приводит к смещению центров положительного и отрицательного заряда внутри среды, вызывая деформацию среды. Этот эффект называется обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Когда на кварцевый кристалл действует сила вдоль оси X (или Y), она производит пьезоэлектрический эффект в направлении X, но не производит пьезоэлектрический эффект в направлениях Y и Z. Ось X называется электрической осью, а ось Y называется механической осью.

Анизотропия

Кварцевый кристалл является отличным диэлектрическим материалом с теплопроводностью при комнатной температуре. Теплопроводность вдоль оси Z примерно в два раза выше, чем перпендикулярная к оси Z. Коэффициент линейного расширения a3 вдоль оси Z примерно в два раза больше, чем вдоль оси Z. Осевая линейная расширительная коэффициент a1 составляет половину от значений в осевом направлении. Кроме того, диэлектрическая проницаемость ε, пьезоэлектрическая проницаемость d и другие свойства имеют различные значения в зависимости от направления. Кроме того, коэффициент теплопроводности K и коэффициент расширения a могут варьироваться при различных температурах.

Кварцевый кристалл является однокристаллом, который имеет высоко симметричную форму. Он характеризуется упорядоченным расположением атомов и молекул, а также четко выраженными гранями кристаллов. Наиболее заметной особенностью его формы является наличие 30 граней кристаллов, разделенных на шесть отдельных категорий. Эти категории включают m-грань (цилиндрическая поверхность), шесть R-граней (большие грани), шесть r-граней (малые грани), шесть s-граней (треугольные эксцентричные грани) и шесть X-граней (треугольные эксцентричные грани). Угол между соседними M и R гранями составляет 38°13′, тогда как угол между соседними s и X гранями составляет 25°57′.

Кварцевый кристалл имеет ось кубической симметрии C и три оси a, b и d, расположенные под углом 120° друг к другу. При обсуждении физических свойств кварцевого кристалла более удобно использовать прямоугольную систему координат, показанную на рисунке ниже. Ось C выбрана в качестве оси z, ось a (или b, d) является осью X, а ось Y перпендикулярна осям X и Z; ее направление прописано в стандарте IRE в 1949 году, и для левосторонних и правосторонних кристаллов используется система правых прямоугольных координат.

Явление двойного рефракции

Но когда свет попадает вдоль направления оси Z, двойное преломление не происходит, поэтому ось Z также называется оптической осью.

Плотность кварцевого кристалла составляет ρ=2.65g/cm2, а твердость – 7 по шкале Мооса. Он нерастворим в три кислотах (HCL, H2SO4, HNO3) при нормальной температуре и давлении. Это вещество с крайне низкой растворимостью, но фтористоводородная кислота и аммоний бисфторид являются хорошим растворяющим раствором для кварцевых кристаллов. Его химическое уравнение реакции:
SiO2+4HF=SiF4+2H2O (3SiF4+3H2O=H2SiO3+2H2SiF6)

SiO2+4HF+2NH4F=（NH4）2SiF6+2H2O

Его свойства используются для коррозии кварцевых слюд.

Типы резки кварцевой вафли

Тип резки кварцевой вафли относится к процессу резки ее в определенной ориентации вдоль кристаллической координатной оси. Поскольку кварцевые кристаллы проявляют анизотропию, кварцевые листы разных типов резки обладают различными электрическими и тепловыми свойствами, вытекающими из различных их упругих, пьезоэлектрических и температурных свойств.

Символ резки представляет собой

Существует два способа представления символа резки кварцевого кристалла. Один из них - это символическое представление, указанное стандартом IRE, а другой - это привычное символическое представление, специфическое для кварцевого кристалла. Тип символа резки, указанный IRE, состоит из набора букв (XYZlWt) и углов. Последовательность трех букв в XYZ используется для указания исходной ориентации толщины и длины вафли вдоль координатной оси. Буквы t (толщина), l (длина) и W (ширина) представляют направление вращения. Положительный угол указывает на вращение против часовой стрелки, а отрицательный угол указывает на вращение по часовой стрелке.

Пример: ( Yxl ) 35° Исходный угол вафли: Y направление

Исходная длина вафли: X направление

Чтобы определить ориентацию резки вафли вдоль направления длины (ось X), вафлю следует повернуть на 5° против часовой стрелки вокруг своей толщины (оси X). Затем ее следует повернуть по часовой стрелке на 50° вокруг своей длины (оси Y). Это приведет к ориентации резки кварцевого листа.

В случае кварцевых кристаллов типичные символы обозначаются двумя заглавными английскими буквами. Например, когда речь идет о типе резки 35° вдоль направления (YXl), он обозначается символом AT. Аналогично, ориентация резки (XYtl) 5°/-50° обозначается символом NT.