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1、压电石英晶体简介孟令生压电石英晶体是指在人为控制的理想环境中人工合成的石英晶体，也称为“养晶”、“压电水晶”、“人造水晶”。人造水晶的历史 某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。1880年，法国的皮埃尔居里（居里夫人的丈夫）与他哥哥雅克保罗发现了石英晶体（即水晶）的压电效应。水晶压电效应的发现为
2、其工业应用奠定了基础。第一次世界大战期间，水晶的压电效应已经得到应用，目前水晶的压电效应在通信、电子及军事方面的应用十分广泛。但天然水晶储量有限，符合工业需求的压电水晶更为稀少，人们便开始探索用人工合成的办法获得高品质的压电水晶。1845年，斯卡福特成功制造了世界上第一块较小的人造水晶。1905年意大利学者用水热温差法制造出人造水晶。1960年美国西方电气公司建立了第一个人造水晶工厂，人造水晶进入工业化生产阶段。现在用水热温差法培育的人造水晶，质量已经可以和天然水晶相媲美，其理化指标甚至超过天然水晶，满足了电子产品的技术要求。人造水晶进入工业化生产要归功于高压釜（圆筒状压力容器，上部采用可拆卸
3、结构，从下部装填水晶或石英原料，内部压强可达1000多个大气压）的发明，正是高压釜的出现使得人造水晶得以大批量生产。1973年，高压釜的最大容量已经达到一立方米以上。现在最大的高压釜高约14m，内径650mm，重约100吨，一次可制造重2kg的人造水晶约1300颗。人造水晶的生产工业上生产人造水晶一般采用水热温差法，通过高压釜创造高温、高压环境，使水晶或石英溶解后结晶制成。高压釜下部为溶解区，上部为结晶区，中间以设有对流孔的隔离板隔开（通常有三道隔离板，根据各区域结晶速度的不同生产各种规格的压电水晶板材、压电水晶棒等）。生产时，在溶解区放入作为培养体的天然水晶或天然石英石，在结晶区将籽晶（事先
4、切割好的水晶片或水晶棒，相当于水晶晶芽）悬挂于籽晶架上，高压釜内填充一定浓度的溶剂介质（一般采用NaOH溶液），上、下部保持一定的温差（结晶区为325350，溶解区为360380），内部压强在1000个大气压以上（视高压釜性能而定），温差产生的溶液对流将培养区的饱和溶液带到籽晶区形成过饱和溶液而结晶。通过冷却析出部分溶质后的溶液又流向下部，溶解石英培养体。如此循环往复，使籽晶得以连续不断地长大。这种条件下水晶的生长速度大约是每天0.8mm。一般，工业用途的人造水晶，其厚度大约3cm左右，需要40天左右的时间来生长，若要供作珠宝业来磨成十公分(100mm)以上的水晶球，通常约需120180天的时
5、间生长。当然，这都是在人为控制下最理想的环境中，才可能有这种速度，在自然界中，因为原料、水质、温度、压力等条件一直在变化当中，很难得达到理想状况，通常都需要数万倍、或是数百万倍的时间，才能长成相同质量的水晶，这也是为什么“地质年龄”动辄以“百万年”为计算基数，也是天然水晶之所以珍贵之处。人造水晶的应用工业生产的人造水晶主要用于制造谐振器、滤波器等晶体元器件，广泛用于超音速飞机、导弹、核武器、自动武器、电子显微镜、电子计算机、电子通讯设备、人造地球卫星等领域，起到导航、遥控、遥测、信号传输等作用。部分人造水晶用于光学领域，主要生产透镜、棱镜、摄谱仪、光谱仪、红外线分析窗口、石英折射计等光学元件或
6、光学仪器。少数人造水晶被制成工艺品、珠宝饰品、水晶眼镜片等。下面的例子可以说明人造水晶在军事上的重要作用:1、米-28H型直升机装备有用水晶制成地紫外线瞄准系统，能从漆黑的夜空中搜寻目标并进行精确打击。2、二次大战期间，德国潜艇神出鬼没，法国将水晶片接在交流电上，发出超生波，制成超声波探测仪，可测得德国潜艇的准确位置进行精确打击。3、用水晶制成嗅觉传感器，可感知数万种气味，在防毒防火等多方面具有重要作用。4、侵朝战争中，美国每年耗用人造水晶150多吨。苏联卫国战争中，人造水晶供不应求，博物馆中的水晶工艺品大量被用来切割制成军工用品。东海的压电石英晶体产业东海是压电石英晶体产业的聚集区。目前共有
7、石英晶体企业19家，年产压电石英晶体50吨、晶体切片10亿多片、晶体元器件6亿多只，初步建成石英晶体板材生产石英晶体切片石英晶体元器件组装的产业链条。县内企业从美国、德国、日本引进先进的制造和检验设备，按照国际标准进行生产和检验，通过了ISO9001国际质量认证和ISO14001国际环境认证，可生产高Q值、低腐蚀隧道密度、高纯压电水晶以及49U、49S、SMD等12大系列几千个规格型号的高稳定频率晶片、石英振荡器、石英谐振器产品，技术达到国际同类产品水平。在天宇晶体材料有限公司、济源晶体材料有限公司等龙头企业带动下，企业积极承担国家和省科技攻关项目，手提电脑用49S-12兆赫晶振被认定为国家重点新产品、省高新技术产品，2.5x1.9mm 新型SMD频率片被列入国家火炬计划，低腐蚀隧道SMD晶体元器件用压电石英晶体通过了ISO9001质量体系认证，达到美国摩托罗拉公司、日本珠式会社等国际公司的质量要求，被列入国家星火计划。
