Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Чрезвычайно широкое применение пьезоэлектрического кварца во всем мире ведет к постоянному росту спроса на него. В настоящее время освоена технология производства искусственного пьезоэлектрического кварца, но по ряду параметров он уступает природному. Крупнейшим поставщиком высококачественного пьезоэлектрического кварца на мировой рынок является Бразилия. Не так давно крупные запасы пьезоэлектрического кварца обнаружены во Вьетнаме. Возникла проблема детального исследования свойств вьетнамского природного кварца и его использования в народном хозяйстве. В частности, было необходимо изучить механические, электрические, магнитные, тепловые и т.д. свойства вьетнамского кварца, а также разработать технологию изготовления резонаторов из вьетнамского природного кварца. Особенно важно было научиться изготовлять работоспособные резонаторы сверхвысоких частот. Именно этим вопросам и посвящена данная диссертация, чем и определяется её актуальность.
Цель работы.
-
Исследование механических, электрических, магнитных и тепловых взаимодействий во вьетнамских природных кварцевых кристаллах.
-
Теоретическое и экспериментальное определение упругих, электрических и пьезоэлектрических постоянных вьетнамских кварцевых кристаллов для основного среза и ЛТ-среза.
-
Построение математических моделей пьезоэлектрических элементов из кварца различных срезов, совершающих продольные колебания, сдвиговые по толщине, а также изгибные колебания.
-
Определение характера и величины диссипации энергии при колебаниях резонаторов из вьетнамского природного кварца.
-
Разработка универсальной машины по изготовлению резонаторов, в том числе резонаторов сверхвысоких частот, порядка 100 МГц, из вьетнамского природного пьезоэлектрического кварца.
Метод исследования. Поскольку задачей работы являлось комплексное изучение природного пьезокварца, а в развивающемся Вьетнаме
ещё не создана разветвленная сеть соответствующих научных учреждений, то автору приходилось заниматься весьма различными по своему характеру проблемами: от проектирования машины по изготовлению резонаторов до экспериментального определения всех характеристик. Отсюда и разнообразие используемых методов исследования. В целом в работе используются достаточно общепринятые методы механики деформируемого твердого тела, термодинамики сплошных сред, физики твердого тела, динамики систем с трением.
Научная новизна. При исследовании проблемы получены следующие новые результаты, которые выносятся на защиту:
-
Составлена классификация природного вьетнамского кварцевого сырья по размеру, форме, цвету, типу дефектов, примесей и т.д.
-
Рассмотрен теоретически эффект электрострикции во вьетнамском природном кварце и измерен коэффициент электрострикции.
-
Рассмотрены теоретически и измерены экспериментально упругие и пьезоэлектрические коэффициенты для вьетнамского природного кварца основного среза, ЛГ-среза и некоторых других срезов.
-
Экспериментально изучена зависимость пьезоэлектрических коэффициентов вьетнамского природного кварца от температуры.
-
Экспериментально построена характеристика относительного измерения резонансной частоты пьезокварцевого элемента АТ-среза в зависимости от изменения температуры и сделано сравнение с подобными характеристиками для других срезов.
-
Предложена методика экспериментального исследования качества резонансных электроупругих колебаний на высших гармониках.
-
Построена математическая модель продольных колебаний пьезокварцевого элемента Х-среза, определены коэффициент электро-механи-ческой связи, скорость продольной волны, собственная частота основного тона и другие характеристики.
-
Построена математическая модель сдвиговых колебаний по толщине пьезокварцевого элемента ЛГ-среза, найдена собственная частота основного тона и все основные параметры.
-
Определены параметры эквивалентной электрической схемы для кварцевого образца ЛГ-среза на частоте 2.1304 МГц.
-
Построена математическая модель изгибных колебаний пьезокварце-вых резонаторов, найдена собственная частота основного тона; рассмотрено теоретически и подтверждено экспериментально отсутствие электромеханической связи при ином расположении электродов, а также для других срезов, параллельных кристаллографическим осям.
-
Спроектирован и подготовлен универсальный шлифовальный станок для обработки кварцевых резонаторов, показано что принцип действия
- машины позволяет добиться высокой степени точности полировки резонаторов (класс точности V 12-14),
. Достоверность результатов, полученных с помощью теоретических моделей и расчетов, подтверждается соответствующими экспериментальными измерениями.
Практическая ценность. На основе данной диссертационном работы открываются широкие возможности по добыче, шлифовке, распиловке природного вьетнамского кварцевого сырья, а также в техноло-. гии изготовления различных кварцевых резонаторов в широком частотном диапазоне. Практическая ценность работы подтверждается тем, что опа выполнялась d рамках государственной программы — научная'тема СО II-11-NCI о кварце.
АпробаНИЯ работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях во Вьетнаме и на семинаре кафедры "Теоретическая механика'' СПбГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура И объём работы. Диссертация состоит из семи глав, заключения и списка литературы, содержащего 54 наименования. Основной текст занимает 116 страниц, включающих 8 таблиц и 25 рисунков и графиков.