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石英晶体(水晶) 的基本知识

作者:晶光华

2019-08-12

浏览量:967

一、不同温度下石英晶体的结构形态
石英晶体俗称水晶(其形态规则、晶莹、透明,因此被称为“水晶”) ,成分 SiO2,不 但是较好的光学材料, 而且还是重要的压电材料,在常温下不同温度时,石英晶体的结 构是不同的。
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众所周知,自然界中的固体可分为晶体和非晶体,而晶体又分为单晶体和多晶体。生活 中我们常见的食盐,单晶冰糖,雪花都和石英晶体一样,是单晶体; 各种金属则是多晶体。晶体的主要特征就是原子和分子的有规则排列,这种排列 反应在外观上就是外 形的对称性,而非晶体就不具备这些 特征,如石英玻璃,它的成分和石英晶体一样, 也是 SiO2, 但不属于晶体。
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二、石英晶体的外形结构

石英晶体理想的外形如下图,从图中可以看出,石英晶体有左右旋之分,互为镜像对称。石 英晶体理想的外形总共有 30 个晶面,共分五组,每组 6 个,即六个 R 面,六个 r 面,六个 m 面,六个 s 面,六个 x 面。如下图:

石英晶体
三、生产用人造石英晶体材料

目前制造电子元件使用基本都是人造石英晶体,人造石英晶体是用水热法在高压釜中生长出来 的,主要有 Y 棒和 Z 块,如下图

石英晶体Z块Y棒.png
    四、石英晶体的物理特性                        1.密度 2.65g/cm3, 晶莹透亮;                    2.石英晶体是一种良好的绝热材料,导热系数比较小;                  3.石英晶体还是一种良好的绝缘材料;                  4.石英晶体还有双折射现象和旋光性两个重要的光学性质, 使其广应用到各种光学仪器的制造中。

五、石英晶体的化学特性

1.常温常压下,石英晶体化学特性稳定,不溶于三酸(盐酸 HCL,硫酸 H2SO4,硝酸 HNO3) ;  

2.高温高压下,加入适量的助溶剂,如碳酸钠(Na2CO3) 或氢氧化钠(NaOH) 就可大大提高其溶解度,这各特点被于石英晶体的人工培育;
3.氢氟酸(HF) 、氟化铵(NH4F) 与氟化氢铵(NH4HF2) 是石英晶体良好的溶解液,这一点常用于石英晶片的加工过程中。

六、石英晶体的机械特性
莫氏硬度 7,由于硬度高,通常用高于它硬度的研磨料来研磨和切割,常用研磨料如下表,有良好 的机械特性能,但很脆,易碎裂

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七、石英晶片
石英晶体以特定的切割方式,通过研磨机械设备按照特定工艺要求对石英晶体表面研磨,完成特定的外型 尺寸后就形成了石英晶片(quartz blank) ,见下图

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