175554. lajstromszámú szabadalom • Eljárás piezo elektromos anyagok jóságának meghatározására
3 175554 4 jóságának vizsgálatára szolgáló eljárás során, hogy a dielektromos veszteségi tényező hőmérséklet-frekvencia függésének meghatározásában az egyik paramétert konstans szinten tartjuk és ezen összefüggésnek a másik paramétertől való módosulását mérve állapítjuk meg azt az értéket, amelynél a dielektromos veszteségi tényező maximumát éri el és amelyből a piezo-elektromos anyag jósága megítélhető. A találmány szerint a jósági tényező meghatározását úgy végezzük, hogy a frekvencia szolgál független változóként, míg a konstans paramétert a hőmérséklet képezi. A fent elmondottak szerint javasolt eljárás, tehát a piezo-elektromos anyagok technológiájában a minőségellenőrzés azt az előnyt biztosítja, hogy a piezo-eletromos anyag jóságát jellemző paramétert azonnal, nagy pontossággal és objektív módon határozhatjuk meg. A találmányt az alábbiakban részletesebben egy példaként kiviteli alak kapcsán ismertetjük rajz alapján. A rajzon az 1. ábra piezo-elektromos anyag teljes kristálya és különböző mintadarabjainak találmány szerinti mérése alapján kapott frekvencia — tgS függvényét mutatja be, a 2. ábrán a piezo-elektromos anyag jóságát jellemző paraméter hitelesítő görbéjét szemléltetjük a találmány szerint a tgS maximális értékéhez tartozó frekvencia függvényében, a 3. ábra a találmány szerinti frekvencia maximum alapján a piezo-elektromos anyag jóságára jellemző másik paraméternek hitelesítő görbéjét ábrázolja. Az alábbiakban a piezo-elektromos anyagok jóságának vizsgálatára a találmány szerint javasolt eljárást ismertetjük részletesebben. Mint ismeretes, a jósági tényező a piezo-elektromos kvarcra jellemző paramétert jelenti. Annak érdekében, hogy a piezo-elektromos kvarc jóságát mérhessük, a kristályos alakban rendelkezésre álló kvarcból mintákat hasítunk ki, pl. fűrészeléssel. Ezután a mintadarabokat csiszoljuk, esetleg azokat más, önmagában ismert eljárással munkáljuk meg. Adott esetben megmunkálatlan minták vagy egész kristályok is vizsgálhatók anélkül, hogy azokból kísérleti darabokat kellene kihasítani. A piezo-elektromos anyag jóságának vizsgálatára szolgáló eljárást a következőképpen végezzük : A tartószervben rögzített piezo-kvarc mintadarabot olyan termosztátba helyezzük, amely a konstans hőmérsékletet fenntartja. (Lásd pl. „Einfluss einer nichtstrukturellen Beimengung auf die Alkaliionenwanderung und — relaxation im Quarz”, S. V. Kolodijewa, A. A. Fotachenko. „Elektronentechnik” c. újság, 1970. Reihe 9. „Funkbauelemente”, Heft 6. S. 117). Ezután a tgS értékét villamos híddal, ún. helyettesítő eljárással egy frekvencia intervallumban mérjük. A mérési eredményt, tgS értékét a frekvencia függvényében grafikusan ábrázoljuk (1. 1. ábra). A teljes piezo-elektromos kvarc-kristályt ugyancsak tartószerkezetben rögzítjük, majd termosztátba helyezzük, és a tgS értékét az ismert módon villamos híddal mérjük, adott frekvencia intervallumban. A tgS összefüggést a teljes kristályra vonatkoztatva az 1. ábra 1. sz. görbéje szemlélteti. A maximális tgS-hoz tartozó (fm) frekvencia értékei, különböző piezo-kristályok esetén különbözőek. Az 1. ábrán látható 2, 3, és 4 görbék az (f) frekvenciamenet függvényében ábrázolják a tgS értéket a kristály Z tengelyére merőleges irányban kivágott mintadaraboknál. A 2. görbén megmunkálatlan, a 3. görbén csiszolt, a 4. görbén polírozott felületek mérési eredményét láthatjuk. Az 5. görbén a Z tengellyel szöget bezáró irányban kivágott mintadarab mérési eredményét szemléltetjük. Az 1. ábrának 1—4 görbéi alapján belátható, hogy sem a megmunkált felület jósága, sem pedig a mintadarab nagysága a tgS maximális értékéhez tartozó (f,) frekvencia értéket nem befolyásolja, és hogy a piezoelektromos kvarc minőségének egy eltérő szögben kivágott mintadarab esetén csupán a maximális tgS értékhez tartozó (f) frekvencia értékét változtatja meg. A 6. és 7. görbék a tgS paraméter függőségét ábrázolják olyan csiszolt minták vizsgálata esetén, amelyeket más piezo kvarckristályokból vágtak ki. Az f2 és f3 frekvenciák ezen mintadarabok maximális tgS értékéhez tartozó frekvencia értékek. A mintadarab tgS (f) függvényéből a tgS relaxációs maximumához tartozó fm frekvencia értéket kapjuk meg, majd ennek a frekvenciának az alapján a hitelesítő görbéből a piezo-kvarc Q*-tényezőjét, azaz a piezokvarc jóságát jellemző paramétert határozzuk meg. A 2. ábrán látható, hogy QÍ-^Q^Q* jóságok olyan kristályokra vonatkoznak, ahol a maximális tgS értékekhez a fj<f2<f3 frekvencia értékek tartoznak. A hitelesítő görbét a következőképpen vesszük föl: Különböző, széles skálát képviselő jóságú piezo-kvarc kristályokat választunk ki, majd mindegyik kristályból a szükséges mennyiségű mintadarabot alakítjuk ki, bikonvex-lencse alakkal. Ezeket a piezo-elemeket 1 MHz alapfrekvenciára készítjük és e mintadarabok a kristály Z tengelyére merőlegesen vannak kimetszve (Z metszetek). Az ilyen mintadarabok céljára teljes, azaz tömbkristályok is alkalmazhatók. A Z-metszetfl mintadaraboknál vagy pedig a teljes kristálynál a tgS relaxációs maximumához tartozó fm frekvencia értéket megmérjük, majd ezeknek a közepes értékeknek a logaritmusait a koordináta abszcissza tengelyére visszük fel. Az ordinátára valamennyi, a kristályból készített lencse átlagos Q* jóságának értékét visszük föl. Az így kapott metszéspontokat folytonos vonallal kötjük össze. A maximális tgS értékéhez tartozó fm frekvencia értéket és a piezo-elektromos anyag jóságára (Q*) jellemző paramétert ezután táblázatban vagy nomogramban is egybefoglalhatjuk. Piezo-elektromos berendezésekben alkalmazott piezo-kvarckristályok esetében a „d” piezo-modul képezi a jóságra jellemző legcélszerűbb paramétert, amelynek a dielektromos veszteségi tényező maximumának frekvenciájától való függőségét a 3. ábra ábrázolja, amikoris a maximumhoz tartozó frekvencia értékét a fent leírtak alapján határozhatjuk meg. Hasonlóképpen végezzük más piezo-elektromos anyagból (piezo-kerámia vagy ferroelektrikumból) alkotott mintának a vizsgálatát (ha ezek az anyagok villamosán aktív zavarhellyel rendelkeznek). A piezo-elektromos anyagok minőség ellenőrzésére szolgáló, találmány szerinti eljárást egyaránt alkalmazhatjuk a piezo-technika minőségellenőrzésében mester-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
