Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Миграционные потери проявляются при температурах выше комнатной на звуковых и радиочастотах. Многочисленные исследования показали, что характерные энергии активации (для образцов, ориентированных перпендикулярно к оси 2) составляют для ионов натрия (93—142)-103 Дж/моль и (71—80) X XlO3 Дж/моль для ионов лития. Природа потерь в рамках данного механизма выше уже обсуждалась. Изучение образцов, вырезанных из пирамид роста пинакоида, выросших с различными скоростями, показало, что в кристаллах, выращенных со скоростью свыше 0,4—0,5 мм/суг и содержащих значительное количество неструктурной примеси, сквозная миграция ионов-носителей отсутствует. Энергии активации, рассчитанные по кривым In Pu (Г), составляют (118—138)-103 Дж/моль для кристаллов, выращенных в содовом растворе со скоростью роста 0,33 и 0,52 мм/сут соответственно. Однако в образцах, выросших с достаточно малыми скоростями (^0,2 мм/сут), энергии активации составляют (97—101)-103 Дж/моль, что достаточно близко к энергии активации ионов Na1+ в природных кристаллах, рос-
137 ших, как известно, с небольшими скоростями. Экстраполяция прямой зависимости энергии активации к нулевой скорости роста дает величину 94-IO3 Дж/моль, характерную для природных кристаллов высокого качества.
Что касается пьезоэлектрических констант, то проведенные измерения показали, что синтетический кварц практически полностью аналогичен природному. Измерения в статическом режиме пьезоэлектрических коэффициентов du кварца, выращенного с различными скоростями в системе Na2CO3—SiO2—H2O на затравках, параллельных пинакоиду, показывают, что даже в случае кристаллов, выросших как с малыми (0,25 мм/сут), так и с большими (0,6 мм/сут) скоростями, коэффициент d її изменяется незначительно. Во всяком случае каких-либо отличий в пьезоэлектрических коэффициентах для природных кристаллов и синтетических кристаллов, выросших при небольших пересыщениях (<0,4 мм/сут), не обнаружено. Небольшое изменение пье-зокоэффициентов в кристаллах, полученных с большими скоростями роста, обусловлено большой концентрацией неструктурной коллоидно-дисперсной фазы.
Механические (упругие и неупругие) характеристики кристаллов в зависимости от физико-химических условий роста
Сложность системы, в которой происходит рост кристаллов кварца, естественно, приводит и к сложной зависимости механических (упругих и неупругих) характеристик физико-химических параметров. Следует отметить, что упругие константы, характеризующие кварц как кристаллический материал, от условий роста зависят незначительно, и, во всяком случае, для кристаллов, выросших не с очень большими скоростями (<0,4 мм/сут), упругие константы синтетического кварца практически идентичны таковым для природного. Так, например, измерения упругих постоянных Sik резонансным методом показали, что при разбросе между абсолютными значениями величин 5,? для различных образцов в 0,5—1 % (из-за неточности в ориентировках) отклонения этих величин от таковых для синтетического кварца не превышали 2%. Аналогичные данные были получены при изучении упругих свойств синтетического кварца по скорости распространения упругих ультразвуковых волн. Позднее измерения упругих и пьезоэлектрических констант высококачественных кристаллов были проведены в широком температурном интервале. Измерения показали, что по этим характеристикам высокодобротные синтетические и природные кристаллы идентичны.
Намного сложнее обстоит дело с зависимостью внутреннего трения, которое обычно характеризуется величиной добротности пьезоэлемента *, от условий роста. Кроме вышеупомянутых фак-
* Мерой диссипации энергии в пьезоэлемеите является добротность, которую определяют как отношение энергии, запасенной колебательной системой, к энергии потерь за период колебаний.
138 торов, необходимо также учитывать ориентацию затравочной пластины, на которой был выращен рассматриваемый образец. Действительно, как было показано в гл. 4, при одних и тех же условиях роста различные пирамиды роста существенно по-разному захватывают как структурные, так и неструктурные примеси.
Выше уже указывалось, что при рассмотрении упругих характеристик твердого тела предполагается, что напряжение t (т) в момент времени т определяется деформацией о (т) в тот же момент времени, а следовательно, делается предположение о квазистатическом характере упругого деформирования, т. е. ? (т) =?оо (т), где Eо — статический модуль упругости (для данного типа деформации) идеально упругого тела. Тем самым считается, что при периодическом деформировании напряжение t находится в одной фазе с деформацией а. Однако для реальных кристаллов это не так: состояние равновесия не успевает установиться, и имеют место диссипативные процессы. В настоящее время для кристаллических материалов известно много механизмов рассеяния энергии, среди которых следует отметить релаксационные потери, связанные с наличием тех или иных структурных дефектов, вязкое затухание, обусловленное наличием вязкости и теплопроводности в анизотропном твердом теле, потери, связанные с необратимыми явлениями (механический гистерезис) и резонансное затухание, которое обязано тому, что реальные тела являются колебательными системами с большим числом степеней свободы.
