DE1918760C - Akustisches Verzogerungsmedium fur eine akustische Verzögerungsleitung aus Glas - Google Patents

Description

ao S. 29 bis 38, offenbart ebenfalls ein Verzögerungsmedium, welches aus Kalium-BIei-Silikatgläsern besteht und ähnliche Eigenschaften aufweist, wie das der

Diese Erfindung betrifft ein akustisches Verzöge- USA.-Patentschrift 3154425. Die elektronische In-

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

wobei das akustische Verzögerungsmedium ein Glas as medium mit einer vfc< 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 urH 6,0 bis 9,0 Molprozent K₂O 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 e'aktrische Signal 30 niedrige Schallgeschwindigkeit aufweist.

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

sprechende akustische Welle umgewardelt 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 10^s niedriger ist als die Geschwindig- Die vorliegende Erfindung basiert 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 elelc- Weiterhin wurds gefunden, daß d?r Zusatz von

irisches 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 Verwenist ein Wandler, der das elektrische Signal in eine 45 dung von As₂O₃ zusammen mit KNO₃ als Ausgangsakustische Welle umwandelt. Die zweite ist ein akusti- material für K₂O in dem Glas ein akustisch stabilisiersches Verzögerungsmedium, weiches von der akusti- tes Glas erhalten wird, weil As₂O₃ die Ionisation von sehen Welle durchlaufen wird, die dabei die erforder- B'eiionen 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 so 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 1 089 525 ist es Wandler piezoelektrische Wandler. Ein piezoelektri- bekannt, As₂O₃ als ' äuterungsmittel zu verwenden, sches Material macht eine reversible Verformung durch Diese Veröffentlichung lehrt jedoch nicht, daß der beim Anlegen eines elektrischen Feldes, und sie erzeugt 35 Zusatz von As₂O₃ eine akustische Stabilisierung zur ein elektrisches Feld, wenn es verformt wird. Kristaili- Folge hat.

ner Quarz besitzt diese Eigenschaft als Wandler, und Der genannte Aufsatz in der Zeitschrift »Ultrapolarisierte ferroelektrische Keramiken, wie Barium- sonics« lehrt den Zusatz von AI₂O₃ 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 Verzögeleitung ist jedoch nicht verwendbar bei z. B. einem rungszeit in dem Glas erhöht, welches Fluorionen entFarbfernsehempfänger wegen ihrer hohen Einfügungs- hält,
dämpfung und einer schmalen Bandbreite. 63 Es ist die Entdeckung dieser Erfindung, daß das

Im allgemeinen erfordert ein Verzögerungsmedium Verzögerungsmedium der vorliegenden Anmeldung

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

peraturkoeffizienten der Verzögerungszeit. Geschmol- Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit, eine

niedrige Schallgeschwindigkeit, ein hohes mechanisches Q und eine gute akustische Stabilität beim Altern aufweist.

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

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung der Veränderung der Fortpflanzungsgeschwi - digkeit der Scherwelle, des Temperaturkoeffizienten der V»rzögerungszeit und des mechanischen Q mit der SuL **:tion von PbF₂ für PbO;

Fig. 2 ist eine graphische Oarstr'^!._Siig der Alterungskennzeichen der Verzögerungsleitung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Eine Anzahl von Verzi>T"ngsIeitungen wurde hergestellt, bei denen das verwendete Verzögerungskoeffizienten der Verzögerungszeit und das mechanische Q bei einer Substitution von PbF₈ für PbO in dem Glassystem, welches aus 1,5 Molprozent AI₂O₃, l,O^a Molprozent As₂O₃, (20—x) Molprozent PbO,

χ Molprozent PbF₈,7,5 Molprozent K₈O und 70,0 Molprozent SiO₂ besteht.

Das mechanische Q steigt mit der Metige des PbF₂ in dem Glas, zeigt den Maximalwert von 4300 bei 3 Molprozent PbF₂ und nimmt dann wieder ab.

ο Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Scherwelle sinkt bei steigender Menge des PbF₈. Der Temperaturkoeffizient der Verzögerungszeit sinkt mit steigender Menge des PbF₂, erreicht seinen Minimalwert bei 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 PbF₃ für PbO in dem Glas eine Verringerung der Schmelztemperatur und eine Erleichterung des Glasgusses. Die

medium aus Glasstäben bestand, die die oben angege- ao Temperaturkoeffizienten der Ver ,igerungszeit bei den

Gläsern, die mehr als 77 Molproze-t SiO,, mehr als 23 Molprozent PbO und mehr als 9,0 Molprozent

bene Zusammensetzung hatten. Die verwendeten Glasstäbe wurden geglüht, indem man sie etwa 30 Minuten lang 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 verbunden.

Die folgende Tabelle gibt zur genaueren Erläuterung der Erfindung die Zusammensetzung bestimmter Glassorten in Molprozent an, aus der Ausgangsmasse be-

23 Molprozent PbO und , p

K₂O enthielten, waren kleiner als — 10ppm/°C, und

i l 68 Mlt

tigsten Merkmale und Kennzeichen der vorliegenden Erfindung sind die Substitutionseffekte von Fluorionen für Sauerstoffionen in dem Glas.

diejenigen der Gläser, die weniger als 68 Molprozent SiO₂, weniger als 15 Molprozent PbO und weniger als 6,5 Molprozent K₂O enthielten, waren größer als +10 ppm/°C. Um sicherzustellen, daß der Temperaturkoeffizient der Verzögerungszeit kleiner als ±10 ppm/ ⁰C ist, daß das mechanische Q größer als 3000 ist,

rechnet, und sie zeigt die akustischen Eigenschaften, 30 daß die Verarbeitungstemperatur verhältnismäßig die für diese Glassorten gemessen wurden: Die wich- niedrig ist (etwa 1300° C) 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 AI₈O₃ stabilisiert die akustischen Eigenschaften des fluorhaltigen Glases und bewirkt insbesondere eine Dämpfung der Scherwelle und eine Minimisierung der Verzögerungszeitänderung während des Alterns. Das als Verzögerungsmedium verwendete, PbF₂ enthaltende Glas muß 0,1 bis 2,0 Molprozent As₂O₃ enthalten, um die akustischen Eigenschaften des Glases tu stabilisieren, während K_aO 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- *)° .ien betrugen weniger als 10 Teile je Million (ppm). Dii; vorliegende Erfindung wird auf der Grundlage offenbart. da3 die besseren akustischen Eigenschaften des Glases erre.-hbar sind durch teilweise Substitution Fluorionen für Sauerstoffionen in dem Glas.

Zusammensetzung
(Molprozent)
SiO₂

PbF₂

K₂O

Al₂O₃

As₂O₃

Temperaturkoeffizient
der Verzögerungszeit

Mechanischer
Gütefaktor Q

69,0
17,5
4,0
8,0 1,0 0,5

1,3 3900

72,0 15,5 3,2 7,0 1,5 0,8

1,2 4300

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

0,8

4700

F i g. 2 zeigt die Veränderung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Scherwelle, den Temperaturvon

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

zener Quarz mit einem mechanischen β von etwa 10s Patentansprüche: im MHz-Frequenzbereich ist weit verbreitet als Ver zögerungsmedium. Bei diesem geschmolzenen Quarz

1. Akustisches Verzögerungsmedium für eine verändert sich die Schallgeschwindigkeit jedoch ziemakustische Verzögerungsleitung, wobei das Me- 5 Hch stark mit der Temperatur, und zwar etwas stärker dium ein Glas äst, welches 68,0 bis 77,0 Molprozent bei Longitudinalvvellen als bei Scherwellen.

SiO₁, 15,0 bis 23,0 Molprozent PbO und 6,0 bis Um diesen Wirkungen merklicher Temperaturände-

9,0Molprozent K₂O enthält, dadurch ge- rungenentgegenzuwirken,müssenVerzögerun^sleitun-

kennzeichnet, daß das Glas weiterhin gen in Thermostaten mit Heizelement eingeschlossen 0,5 bis 7,0 Molprozent PbF₂, 0,5 bis 3,0 Mol- io werden. Dadurch verteuert sich die Anwendung und

prozent AI₁O₃ und 0,1 bis 2,0 Molprozent As₂O_n wird umständlich, und zwar besonders bei beweglichen

enthält. oder kompakten Einrichtungen, wie Radarsystemen

2. Akustisches Verzögerungsmedium nach An- ader Farbfernsehsystemen.

tpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge Als Verzögerungsmedium mit einem Temperaturen PbF₁ 2,0 bis 4,0 Molprozent, die Menge an 15 koeffizienten der Verzögerungszeit von etwa Null ist AI.O, LO bis 2.0 Molprozent und die Menge an ein Alkali-Blei-Sihkatglas bekannt, welches in der As₂Oj 0,6 bis 1,44 Molprozent beträgt. USA.-Patentschrift 3 154 425 offenbart wird. Der

Aufsatz von Zijlstra und van der Bürgt in der Zeitschrift ^Ultrasonics«, Bd. 5, Januar 1967,