DE885413C - Zusammengesetzte piezoelektrische Kristalle - Google Patents

Description

• Zusammengesetzte piezoelektrische Kristalle Die Herstellung von piezoelektrischen Schwingkristallen, insbesondere für niedrige Frequeriizen von etwa 25.0o Hz und darunter, ist deshalb schwierig, weil sie sehr große Abmessungen aufweisen, so @daß sehr große Rohkristalle benötigt werden, .die selten und teuer sind. Piezoelektrische Kristalle für Frequenzen unter rooo Hz werden aus ,diesem Grund; heute nicht hergestellt, obwohl ein technisches Bedürfnis dafür beisteht. Auch bei den heute gebrütuchlichen Schwingkristallen würde es technisch und mit Rücksicht auf Materialersparnis an Rohkristallen von großer Bedeutung sein, wenn es gelänge, mit kleineren Abmessungen für eine bestimmte Frequenz auszukommen. Die im folgenden offenbarte Erfindung zeigt ,diesen Weg. Er besteht darin, @daß ider Schwingkristall .aus mehreren Einzelkristallen zusammengesetzt wird, die so miteinander verbunden sind, daß der zusammengesetzte Kristall in seinen Eigenschaften hinsichtlich Konstanz und Dämpfungsfreiheit einem einteiligen Kristall gleichkommt, ,diesen für manche Verwenidungszwecke teilweise sogar übertrifft. Das wird -dadurch erreicht, ;daß man mit Hilfe eines starren, dichten und hitzebeständigen Verbinidu:ngsmittels, nämlich Glas oder Glasur, die einzelnen Teile des Schwingkr.i.stalls bei Temperaturen über .ioo° C zusammenschmilzt. Überraschenderweise .hat sich nämlich gezeigt, dlaß eine solche Verb.indüng so einwandfrei ist, idaß sie nicht allein an Knotenstellender elastischen Schwingung; sondern soggar an Stellen größter Amplitude ohne nennenswerte Dämpfungsvergrößerumig angebracht werden kann.
• Das Verfahren wird zweckmäßig so durchgeführt, edaß -,die zu vereinigenden Stücke mit ,dünner Glasurzwischenschicht oder unter Zwisehenlage eines Glasstückes durch eigene Schwere oder unter Druck zusammengepreßt undi unter Vermeidung lokaler Überhitzungen; .z. B. im elektrischen Ofen; allmählich bis zum Fließendes glasügenVerbindunggsmittels erhitzt und nach (der Verschmelzung langsam abgekühlt wenden. Auch können die zu verbindenden Teeile einzeln bei Temperaturen über 400'C vonglasiert ,und @dann .in einem zweiten Erhitzungsprozeß miteinander verbunden. werden. Als glasige Verhindhmgsmittel, beispielsweise bei Quarzkristallen, haben siech Blei-Bor.säure-Glä#ser mit geringprözen@ tigen Gehalten an Zinn- und Zinkoxyden; ,bewährt, die zugleich einen sehrhohenelektrischenIsolationswiederstand aufweisen.
• Die Wärmedehnungen der Gläser oder Glasuren werden nach bekannten Gesichtspunkten ,dem Aus-,dehnungskoeffizienten ,des Schwingkristalls angeglichen. Wo, wie ,bei Quarzkristall, die Ausdehnungskoeffizienten in verschiedenen Achsenrichtungen verschieden sind; kann ein Zwischenwert gewählt werden. Es hat sich gezeigt, edaß hierbei, insbesondere wenn dünnes Glas oder Glasurschichten verwendet werdeam und die Veribindungstemperaturen nicht über 573°C hinausgehen, ein ziemlich weiter Spielraum besteht, so d@aß Gläser oder Glasuren mit linearen: Wärmeedehnungskoeffizienten: von; 8 ... zo . 10-s geeignet sind. Bei Quarzkristallen wird man zweckmäßig die Verbindungstemperatur in ,dem Bereich zwischen 4o0 und 573° C, der Umwandlungstemperatur in gdnee ß-Modifikation, legen.
• ES isst bereits: bekannt, mehrere Kristalle unter Verwendung von Klebmitteln oder Kitten zu. vereinigen. Eine solche Verbindung ist weder hitzebeständig noch dicht und starr sowie in bezug auf Konstanz und Dämpfungsfreihcit in keiner Weise mit der erfindungsgemäßen zu vergleichen. Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt (ist ,der, idaß sich glasier Verbindungsmittel im Gegensatz zu anderen hinsichtlich Fortpflanzungsgeschwindigkeit (des Schalles und Formstarrheit genau so oder ganz ähnlich wie edle Schwinigkristalle salbst verhalten, so.,daß (durch ihre Einfügung keine wesentlichen Inhomogentäten in bezug auf den, Schwingungsvorgang und :die Eigenschaften ,des Schwingkristalls entstehen, insbesondere ,dann, wenn die Veerbindiniig in. Knoten .der elastischen Schwingung vorgenommen wird.
• Viele Schwingkristalle haben: freie Enden, die nicht von Elektroden bedeckt sind und (deren piezoelektrische Eigenschaften auch -sonst nicht ausgenutzt wenden. Das anggegebeneVerfahren gestattet es neun weiterhin, ,diese Endstücke, die bei Biegeschwingern mit zwei Knoten, die in der Grundschwingung erregt werden, z. B: ,zusammen 44 °/o der Ges:amtlängge ausmachen, (durch einen nicht piezoelektrischen anoiganischen Isolierstoff; beispielsweise dichtes keramisches Material, zu: ersetzen: Ein solcher Schwingkristall besteht dann aus einem piezoelektrischen Mittelstück mit den Elektroden und, zwei amgeschmodzenen Endstücken aus nicht piezoelektrischem Stoff. Auch :dieser Stoff kann so gewählt werden, ,daß er in seinen elastischen. Eigenschaften möglichst gut mit dem Schwingkristall Übereinstimmt. Außer .der Einsparung an lknge,des Kristalls besitzen solche neutralenEnden für manche Verwendungszwecke den Vorteil, daß sie .beliebig, etwa für Stromzuleitungen, metallisiert werden können ohne Störung d;er elektrischen Erregung (des Kristalls edurch unerwünschte piezoelektrische Effekte. .Auch zur Erzeugung bestimmter Temperaturkoeffizienten der Frequenz des Schwingkristalls durch geeignete Größe oder Form können ,solche angeschmolzenen Endstücke,dienen.
• Es sind ferner bereits, (dreipolige Filterquarze bekanntgeworden, bei denen die Ausgangs- und Eingarngssieiten elektrisch getrennt und ,durch einen Schirmbelag zur Verringerung (der Querkapazität gegeneinander entkoppelt sind. Diese Entkopplung erstreckt such jedoch in der Hauptsache nur auf die Oberfleäiche, während die durch Idas Materialinnere gehenden Kraftlinien nicht völlig abgeschirmt werden. Eine weit wirksamere Entkopplung:ergbt sich dagdurch, daß (der Schwingkristall aus zwei Teilen zusammengesetzt wird, wobei idie Verbindung an der Abschirmstelle vorgenommen wird, und zwar mit einer leitenden Glasur. Hierdurch wird neben der oberflächlichen auch eine vollkommene innere Abschirmung erreicht. Solche Schwingkristalle leisten -als Filter also noch mehr als die bisher (bekannten. einteiligen Kristalle. Auch in anderen Fällen, wo an der Verbindungsstelle eine elektrische LeitAhigkeit zwecks. Elektrodenbildiung oder als Stromzuführung erzeugt wenden soll, können allein oder zusätzlich leitende oder Metallglasuren verwendet wenden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es ferner, Schwingkristalle mit beliebiger Orientierung ,der einzelnen Teile zusammenzusetzen, was für manche Verwendungszwecke wichtig ist, .um besondere Phaseneffekte oderTemperaturkoeffizienten zu erzielen, edle sich beim einteiligen Kristall nicht immer erreichen lassen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. ePiezoelektrischer Schwingkristall, ,dadurch gekennzeichnet, idaß er aus mehreren Teilen besteht, edle durch ein hitzebeständiges und dichtes glasiges Verbindungsmittel bei Temperaturen über 4ao° C mechanisch starr miteinander vereinigt sind; wobei die Verbindungsstellen auch außerhalb oder Schwingungsknoten an beliebigen Stellen liegen können.
2. 2. Piezoelektrischer Schwungkristall nach Ansprach -z, dadurch gekennzeichnet, @daß piezoelektrisch ausgenutzte Teile aus piezo-lektrischem Stoff, piezoelektrisch nicht benutzte Teile auch aus hitzebeständigem anorganischem Stoff, vorzugsweise dichtem keramischem Werkstoff, bestehen können.
3. 3. Piezoelektrischer Schwingkristall nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verwendung einer leitenden Glasur gleichzeitig mit,der Verschmelzung eine vollkommene innere Abschirmung an der Verbindungsstelle erzielt wird oder Elektroden oder Stromzufü:hrun@gen erzeugt werden.
4. 4. Piezoelektrischer Schwingkristall nach Anspruch i, &@durch gekennzeichnet, @daß die Einzelteile in besondierer, von der normalen abweichender Orientierung zusammengesetzt sind.