自從人類第一次拿著一塊石英之后,就已經意識到石英的物理常數之一就是密度.從那時起,大多數石英的物理常數都已經過研究和測量.由于實驗的細節經常被忽略,即溫度,石英來源,測量標準等,因此許多測量值今天沒什么價值.由于過度孿晶,夾雜物和壓裂,從大多數位置獲得的石英對電子應用無用.所有使用的石英都是天然石英,主要來自巴西.從那時起,培養石英的藝術已經發展到今天,培養石英晶振幾乎專門用于電子應用.
任何在石英晶體器件上進行計算的人都需要在他的方程式中使用的物理常數的數值.然而,與任何物理常數一樣,沒有絕對值可以分配給石英常數-基于在受控實驗室條件下對各種記錄樣品進行的大量觀察而得到的"最佳"值.
經過時間和精力,石英工程師為常用的石英常數積累了他自己的"最佳"值列表.然而,當一個新的計算涉及一個模糊的常數時,需要進行文獻檢索才能找到這個模糊的值.
命名法
本文所用的"石英"一詞是指在低于573℃的溫度下的電子級結晶SiO2,無論是天然的還是人造的(培養的).歷史上,術語"水晶","低石英","α石英"或"晶振石英"已被用于"石英".
某些工業中的現代用法使用術語"石英"來指熔融石英的石英,其已被加熱至高于其熔點(1710℃).熔融石英是非壓電和非晶體的;因此,對石英工程師沒用.索斯曼說:"使用單一詞"石英"來指玻璃質二氧化硅不能過于強烈譴責.它是由粗心或無知引起的,并且已經引起了麻煩的混亂."Sosman建議使用"石英玻璃"或"熔融石英"作為這種材料.
一些石英工程師將培養(人造)石英稱為"合成"石英.合成給出了"不真實"的內涵,因此在這種情況下應該避免,因為培養的石英是"真正的"石英貼片晶振.
這里給出的常數可能僅適用于最精細等級的培養石英,其中最接近模仿天然石英.與其他相同的天然石英裝置相比,由較低質量的培養石英制造的裝置具有與天然石英足夠不同的物理常數以產生相當大的誤差.
實際設備
由于任何理論中使用的假設,并且還由于計算出的裝置具有與測量的單位不同的幾何形狀(直徑,輪廓,電極尺寸)以產生給定的物理常數,并且由于制造公差(特別是角度)的可能性方向)對于雙旋轉切割,理論上通常不可能預測石英器件的行為優于約±1/2°的等效角度取向.
一些研究人員使用微波測量技術來確定1英寸精心定向石英晶振樣品立方體的大塊石英的彈性剛度及其溫度系數.其他研究人員呼吁在更長的溫度范圍內進行更精確的測量.但是這樣的一組常數無法預測真實世界諧振器的行為,其精度優于大約30弧分!
為了更好地改進理論,有必要(并且將始終是必要的)制造實際的,真實世界的設備的矩陣,所有相同的物理設計,除了良好控制的方向的輕微變化.
同樣,Adams等使用精確定向的,相同制備的石英晶體諧振器矩陣確定了石英彈性剛度的溫度系數,與Bechmann等人相反.使用各種各樣的中等取向精度的晶體設計確定相同的系數.然而,這兩組常數都不能預測實際制造的SC切割的溫度特性,優于等效角度方向的1/2°;但兩者都可以用來預測SC切割的溫度曲線的存在和形狀,并且足夠準確,以便能夠以足夠的精度選擇實驗切割,以便只用一個"閉合環"或兩次迭代實際設備!還有什么可以問的?
總是需要類似的實驗測試來最終定義所需的石英器件取向.(除非理論可以擴展到包括邊界條件的現在無法解決的影響:有限直徑,輪廓表面,薄膜應力,安裝應力等)
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