DE1918760B2

DE1918760B2 - Akustisches verzoegerungsmedium fuer eine akustische verzoegerung aus glas

Info

Publication number: DE1918760B2
Application number: DE19691918760
Authority: DE
Inventors: Masanari Neyagawa; Hikino Tadashi Takatsuki; Kuroda Takayuki Nishinomiya; Ueno Isao Moriguchi; Mikoda (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1968-04-09
Filing date: 1969-04-08
Publication date: 1972-04-20
Also published as: GB1260506A; US3598619A; NL151328B; NL6905478A; DE1918760A1; FR2005837A1

Description

20 S. 29 bis 38, offenbart ebenfalls ein Verzögerung·;-

medium, welches aus Kalium-Blei-Silikatgläsern besteht und ähnliche Eigenschaften aufweist, wie das d-.-r

Diese Erfindung betrifft ein akustisches Verzöge- USA.-Patentschrift 3 154 425. Die elektronische In-

rungsmedium für eine akustische Verzögerungsleitung, dustrie benötigt seit kurzem jedoch ein Verzögerungs-

wobei das akustische Verzögerungsmedium ein Glas 25 medium mit einer viel niedrigeren Schallgeschwindig-

ist, welches 68,0 bis 77,0 Molprozent SiO₂, 15,0 bis keit, als sie die in den genannten Veröffentlichungen

23,0 Molprozent PbO und 6,0 bis 9,0 Molprozent K„O offenbarten Verzögerungsmedien aufweisen,

enthält. " Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb die

Bei einer Ultraschall-Festkörper-Verzögerungslei- Schaffung eines Verzögerungsmediums, welches eine

tung wird das zu verzögernde el. 'arische Signal 30 niedrige Schallgeschwindigkeit aufweist.

(Schwingung von elektrischem Potential) in eine ent- Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung

sprechende akustische Welle umgewandelt und in ein mit einem Verzögerungsmedium erreicht, welches da-

geeignetes festes Medium geschickt. Die Geschwindig- durch gekennzeichnet ist, daß das Glas weiterhin

keit von akustischen Wellen in festen Verzögerungs- 0,5 bis 7,0 Molprozent PbF₂, 0,5 bis 3,0 Molprozent

leitungen liegt im Bereich von 1 bis 6 km/s, was um 35 Al₂O₃ und 0,1 bis 2,0 Molprozent As₂O₃ enthält,

etwa den Faktor 10⁵ niedriger ist als die Geschwindig- Die vorliegende Erfindung basier* auf der Ent-

keit eines elektrischen Signals in einem Kabel. Dem- deckung, daß die Einführung von Fluorionen in die

nach kann eine lange Verzögerung mit einem ver- Glaszusammensetzung eine Zusammensetzung mit viel

gleichsweise kurzen Weg in einem festen Verzögerungs- niedrigerer Schallgeschwindigkeit ergibt als die Zu-

medium erreicht werden. Am Ende der Verzögerungs- 40 sammensetzung, die nur Sauerstoffionen enthält,

leitung wird die akustische Welle wieder in ein elek- Weiterhin wurde gefunden, daß der Zusatz von

trisches Signal umgesetzt. Fluorionen nicht nur die Schallgeschwindigkeit herab-

Eine akustische Verzögerungsleitung muß dazu aus setzt, sondern auch die Stabilität beim Altern erhöht,

drei Komponenten bestehen. Die erste Komponente Darüber hinaus wurde gefunden, daß durch Verwen-

ist ein Wandler, der das elektrische Signal in eine 45 dung von As₂O₃ zusammen mit KNO₃ als Ausgangs-

akustische Welle umwandelt. Die zweite ist ein akusti- material für K₂O in dem Glas ein akustisch stabilisier-

sches Verzögerungsmedium, welches von der akusti- tes Glas erhalten wird, weil As₂O₃ die Ionisation von

sehen Welle durchlaufen wird, die dabei die erforder- Bleiionen in einem Glas vermindert, welches Fluorionen

liehe Verzögerung erfährt. Die dritte Komponente ist enthält, und daß eine kleine Menge von Al₂O₃ die

ein zweiter Wandler, der die akustische Welle wieder 50 Alterungsstabilität der Verzögerungszeit in dem Glas,

In ein elektrisches Signal zurückwandelt. Bei einer welches Fluorionen enthält, erhöht.

Ultraschall-Festkörper-Verzögerungsleitung sind die Aus der deutschen Auslegeschrift 1089 525 ist es

Wandler piezoelektrische Wandler. Ein piezoelektri- bekannt, As₂O₃ als Läuterungsmittel zu verwenden,

tches Material macht eine reversible Verformung durch Diese Veröffentlichung lehrt jedoch nicht, daß der

beim Anlegen eines elektrischen Feldes, und sie erzeugt 55 Zusatz von As₂O₃ eine akustische Stabilisierung zur

ein elektrisches Feld, wenn es verformt wird. Kristall)- Folge hat.

ncr Quarz besitzt diese Eigenschaft als Wandler, und Der genannte Aufsatz in der Zeitschrift »Ultrapolarisierte ferroelektrische Keramiken, wie Barium- sonics« lehrt den Zusatz von AI_SO, bis zu 5 MoI-titanat, Bleizirkonat und Natrium-Kalium-Niobat ver- prozent bei entsprechender Verringerung des PbO-halten sich in sehr ähnlicher Weise. Magnetostriktives 60 Gehaltes, um den Schmelz- und Verarbeitungsvorgang Material ist als Wandler bekannt für eine Ultraschall- zu verbessern. Er lehrt jedoch nicht, daß die kleine Festkörper-Verzögerungsleitung. Diese Verzögerungs- Menge an AI₂O₃ die Alterungsstabilität der Verzögelcitiing ist jedoch nicht verwendbar bei z. B. einem rungszeit in dem Glas erhöht, welches Fluorionen ent-I arbfcriisehempfänger wegen ihrer hohen Einfügungs- hält.

dämpfung und einer schmalen Bandbreite. 65 Es ist die Entdeckung dieser Erfindung, daß das

Im allgemeinen erfordert ein Verzögerungsmediuin Verzögerungsmedium der vorliegenden Anmeldung

ein hohes mechanisches Q und einen niedrigen Tem- niedrige Verarbeitungstemperatiiren, einen kleinen

peraturkocfn/jenten der Verzögerungszeit, Geschmol- Temperaturkoeflizienten der Verzögerungszeit, eine

piedrige Schallgeschwindigkeit, ein hohes inechanifches Q und eine gute akustische Stabilität beim Altern fufweist.

Eine Verzögerungsleitung gemäß der vorliegenden !Erfindung wird für den Fachmann aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlich werden, wobei in den Zeichnungen als Beispiel die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung der Veränderung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Scher-VeIIe₁ des Temperatiirkoeffizienten der Verzögerungsjeit und des mechanischen O mit der Substitution von PbF₂ für PbO;

F i g. 2 ist eine graphische Darstellung der Altefungiikennzeichen der Verzögerungsleitung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Eine Anzahl von Verzögerungsleitungen wurde hergestellt, bei denen das verwendete Verzögerungsmedium aus Glasstäben bestand, die di_ oben angegebene Zusammensetzung hatten. Die verwendeten Glas-Stäbe wurden geglüht, indem man sie etwa 30 Minuten Jang auf einer Anlaßtemperatur hielt, und die Stäbe wurden dann um etwa 25° C je Minute abgekühlt. Ein Quarz wurde mit jeder Endfläche des Stabes mit Phenylbenzoat verbunien.

Die folgende Tabelle gibt zur genaueren Erläuterung der Erfindung die Zusammensetzung bestimmter Glassorten in Molprozent an, aus der Ausgangsmassc berechnet, und sie zeigt die akustischen Eigenschaften, die für diese Glassorten gemessen wurden: Die wichtigsten Merkmale und Kennzeichen der vorliegenden Frfindung sind die Subslitutionseffekte von Fluorionen für Sauerstoffionen in dem Glas.

Zusammensetzung
(Molprozent)

SiO₂

PbO

PUF₂

K₂O

Al₂O₃

As₂O₃

Temperaturkoeffizient
der Verzögerungszeit

(10-rC)

Mechanischer
Gütefaktor Q

1	2 I
69,0	72,0
17,5	15,5
4,0	3,2
8,0	7,0
1,0	1,5
0,5	0,8
1,3	1,2
3900	4300

71,9 16,0 3,0 6,6 1,5 1,0

0,! 4700

F i g. 2 zeigt die Veränderung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Scherwelle, den Temperaturkoefnzienten der Verzögerungszeit und das mechanische O bei einer Substitution von PbF., fur PhO in dem Glassystem, welches aus 1,5 Molprozent ALA₁, 1,0» Molprozent As_aO_a, (20-.ν) MolproÄiu PN j,

.ν Molprozent PbF₂, 7,5 Molprozent K,0 und 70,0 Molprozent SiO., besteht.

Das mechanische Q steigt mit der Menge des PbI-, in dem Glas, zeigt den Maximalwert von 4300 bei 3 Molprozent PbF., und nimmt dann wieder ab.

ίο Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Scherwell.-sinkt bei steieender Menge des PbF₂. Der Temperaturkoeffizient der Verzögerungszeit sinkt mit steigender Menge des PbF,, erreicht seinen Minimalwert hei etwa 3 Molprozent des PbF₂ und steigt dann wieder an.

Die Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit der verwendeten Gläser waren kleiner als ±10 ppm/" C. Darüber hinaus ergab die Substitution von PbF₂ für PbO in dem Glas eine Verringerung der Schmelztemperatur und eine Erleichterung des Glasgusses. Die

so Temperaturkoeffizienten der Veizögerungszeit bei den Gläsern, die mehr als 77 Molprozent SiO₂, mehr als 23 Molprozent PbO und mehr als 9,0 Molprozent K,O enthielten, waren kleiner als —10ppm/°C, und diejenigen der Gläser, die weniger als 68 Molprozent

SiO₂, weniger als 15 Molprozent PbO und weniger als 6,5 Molprozent K,O enthielten, waren größer als +10 ppm/⁰ C. Um sicherzustellen, daß derTemperaturkoeffizient der Verzögerungszeit kleiner als ±10 ppm/ ⁰C ist, daß das mechanische Q größer als 3000 ist,

daß die Verarbeitungstemperatur verhältnismäßig niedrig ist (etwa 1300⁰C) und daß ein leichter Formguß des Glas-Verzögerungsmediums möglich ist, sollte die Menge des PbF₂ in dem Glas auf den Bereich zwischen 0,5 und 7,0 Molprozent begrenzt werden. Die Zugabe

von 0,5 bis 3,0 Molprozent Al₂O₃ stabilisiert die akustischen Eigenschaften des fluorhaitigen Glases und bewirkt insbesondere eine Dämpfung dei Scherwelle und eine Minimisierung der Verzögerungszeitänderung während des Alterns. Das als Verzögerungs-

medium verwendete, PbF₂ enthaltende Glas muß 0,1 bis 2,0 Molprozent As₂O₃ enthalten, um die akustischen Eigenschaften des Glases zu stabilisieren, während K₂O in das Glas in der Form des Ausgangsmaterials KNO₃ eingebracht werden sollte.

F i g. 2 zeigt die Alterungseigenschaften der in der Tabelle gezeigten Gläser.

Die Änderungen der Verzögerungszeit des Glas-Verzögerungsmediums der vorliegenden Erfindung während der Alterungsprüfung bei 85°C für 1000 Stun-

do η betrugen weniger als 10 Teile je Million (ppm).

Die vorliegende Erfindung wird auf der Grundlage

offenbart, daß die besseren akustischen Eigenschaften des Glases erreichbar sind durch teilweise Substitution von Fluorionen für Sauerstoffionen in dem Glas.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 zener Quarz mit einem mechanischen Q von etwa Hr Patentansprüche: im MHz-Frequenzbereich ist weit verbreitet als ^r- zögerungsmedium. Bei diesem geschmolzenen Q sr/

1. Akustisches Verzöeerungsmedium für eine verändert sich die Schallgeschwindigkeit jedoch /i> makustische Verzögerungsleitung, wobei das Me- 5 lieh stark mit der Temperatur, und zwar etwas stan _:.-_r dium ein Glas ist, welches 68,0 bis 77,0 Molprozent bei Longitudinalwellen als bei Scherwellen.

SiOo, 15,0 bis 23,0 Molprozent PbO und 6,0 bis Um diesen Wirkungen merklicher Temperatur iv. Ic-

9.0 Molprozent K,0 enthält, dadurch ee- rungen entgegenzuwirken, müssen Verzögerungsleii'.ü·-

kennzeichnet, daß das Glas weiterhin gen in Thermostaten mit Heizelement eingeschlo. ^n

0,5 bis 7,0 Molprozent PbF,, 0,5 bis 3,0 Mol- io werden. Dadurch verteuert sich die Anwendung >:;ul

Prozent Al₂O₃ und 0,1 bis 2,0 Molprozent As.,O_;, wird umständlich, und zwar besonders bei beweglicn,n

enthält. " oder kompakten Einrichtungen, wie Radarsysten,.;n

2. Akustisches Verzögerungsmedium nach An- oder Farbfernsehsystemen.

spruch 1. dadurch Gekennzeichnet, daß die Menge Als Verzögerungsmedium mit einem Tempera:::r-

an PbF., 2,0 bis 4,0 Molprozent, die Menge an 15 koeffizienten der Verzögerungszeit von etwa NuI! M

Al.,0., l"0 bis 2,0 Molprozent und die Mense an ein Alkali-Blei-Silikatglas bekannt, welches in <k:r

As-A, 0,6 bis 1,44 Molprozent beträgt. " USA.-Patentschrift 3 154 425 offenbart wird. Der

Aufsatz von Z i j I s t r a und van der Burft in der Zeitschrift >Ultrasonics«, Bd. 5, Januar 1%7,